煤巷掘锚一体机快速掘进技术及工艺研究

薛二保

（汾西矿业双柳煤矿，山西 柳林 033300）

引言

综合自动化掘进、围岩支护设备应用推广对提高巷道掘进效率具有重要意义，可在一定程度上缓解矿井采掘接替紧张局面[1-2]。受到现有综掘设备掘进工艺及掘进环境中各不利因素限制，巷道掘进呈现掘进进尺快、支护效率低等问题，围岩支护效率在一定程度上成为制约巷道快速掘进的重要因素[3]。在巷道掘进时采用掘锚一体机，破煤后无须回撤掘进机即可实现锚杆支护，对提升巷道支护效率并控制围岩变形具有一定的促进作用，可在一定程度上提高巷道支护效率，从而实现巷道高效掘进。

1 工程概况

山西某矿1606运输巷设计断面为矩形（净宽、高分别为5.5 m、3.8 m），沿着回采的6号煤层底板掘进，巷道设计掘进长度为1 850 m，采用锚网索支护工艺。6号煤层全区可采，赋存较为稳定，厚度介于4.13～7.26 m，呈现南侧薄、北侧厚趋势；煤层结构较为复杂，中间夹杂2～5层泥岩、炭质泥岩矸石，矸石总厚度介于0.5～1.3 m。6号煤层直接顶以泥岩、粉砂岩及砂质泥岩为主，厚度平均为6.3 m；直接底以细砂岩、炭质泥岩为主，厚度平均为2.69 m。6号煤层顶底板岩层软化系数相对较高，中间夹杂的黏土具有较强的吸水能力。为了提高巷道掘进效率，提出将掘锚一体机应用于1606运输巷掘进中。

2 掘锚一体机结构及掘进组织安排

2.1 掘锚一体机结构概述

掘锚一体机是将综掘设备、锚杆支护设备融合为一体，可实现破煤、装煤及锚杆钻孔钻进、支护等操作。由于掘锚一体机实现了掘进、支护的同步开展，从而可在一定程度上提高巷道掘进效率及围岩支护结构稳定性。现阶段，掘锚一体机在神东煤炭集团、山西焦煤集团等均有应用。使用掘锚一体机，可有效解决传统的综掘机掘进、支护不能同步的问题，进而确保巷道围岩稳定性，特别是在地质条件复杂、巷道围岩稳定性差的区域掘进时表现出显著技术优势[4-6]。

掘锚一体机功能主要包括截割、行走、运煤及转锚等，设备结构较为简单，需要的作业人员数量相对较少。矿井具体使用的掘锚一体机结构如图1所示。

2.2 施工组织安排

在1606运输巷中使用的掘进、支护及运输设备主要包括1台掘锚一体机（MB670型）、2台破碎机（PLM型）、2部转载机（SZZ1200-400型）及3部可伸缩带式输送机（SJ-80型）。

巷道掘进人员组织采用“三八”作业制，早班、中班及晚班各进行15个、15个及8个掘进循环，掘进进尺平均30.4 m/d。

3 掘锚一体机掘进工艺、特点及安全技术措施

3.1 掘进工艺

掘锚一体机在巷道掘进时的工艺流程为：铺设顶板金属网、钢带→掘进迎头临时支护→截割、运输、挂网支护→回收迎头临时支护→掘锚一体机位置前移→开始下一循环掘进及支护。具体的掘进工艺流程如下：

1）将支护用的金属网、钢带等材料码放到掘锚一体机前端液压支撑架上。

2）掘进机司机控制前端液压支架工作，使得金属网、钢带等与顶板紧密接触，后通过锚杆机稳住顶板金属网及钢带，尾部液压稳定性缓慢下落。

3）机载锚杆钻孔开始工作、截割部破煤、运输部出煤；行走部推动截割部前移，并由巷道上部进刀进行掏槽，从上至下进行全断面截割掘进。

4）机载锚杆钻机完成支护工作后，下放前端液压支架、升起尾部液压稳定器，掘锚一体机前移进行下一循环掘进。

掘锚一体机截割产生的煤矸石等采用刮板输送机、转载机、可伸缩带式输送机等搭接运输，先将煤矸石等由掘进迎头转运至运输大巷、井底煤仓，后通过主运皮带运输至地面。

3.2 掘进特点

在1606运输巷使用的掘锚一体机具有工作流程简单、围岩及时支护的特点，同时能实现掘进、支护的同步进行。掘锚一体机截割宽度可达到5.5 m以上，同时转速低、功率大，掘进进尺可达到6 m/h。在掘进迎头位置通过金属网、钢带及前端液压支架等构成的临时支护可确保掘进迎头位置围岩稳定，给作业人员提供相对安全的工作环境。同时掘锚一体机可实现顶板、巷帮锚杆的快速施工，支护效率相对较高。在巷道掘进时，操作人员可远程遥控指挥，同时掘进机及锚杆机等不存在回撤情况，大幅提高了施工安全保障能力。

3.3 安全技术措施

在1606运输巷掘进过程中，为了确保巷道掘进及围岩支护质量，应做好施工质量及安全技术保障措施，主要包括巷道中线距离及巷道高度控制、锚杆及锚索施工质量控制等。具体安全技术措施如下：

1）合理布置通风系统。在掘锚一体机上布置新型湿式除尘风机，其可捕获掘进迎头位置小颗粒粉尘，从而改善掘进工作面工作环境。同时在巷道掘进过程中应及时做好通风巷与掘进的1606运输巷间的贯通工作，同时确保局部通风机可靠运行，确保掘进迎头位置供风量满足掘进需要。

2）强化运输工作。掘锚一体机工作受煤矸石运输效率慢的影响，实现煤矸石的快速运输是确保巷道高效掘进的基础。为此，矿井需构建专门的辅助运输队，以确保巷道掘进过程中煤矸石高效运输。

4 现场应用效果

在1606运输巷使用掘锚一体机后，巷道掘进效率得以显著提升。现场统计发现，巷道掘进进尺在24～45 m/d，平均进尺达到820 m/月，预计1606运输巷3个月以内即可完成掘进。

5 结语

现阶段矿井普遍存在采掘接替紧张局面，其中瓦斯、水害、地质构造等地质灾害，虽然在一定程度上制约着巷道掘进效率，但是提高掘进设备综合自动化水平，可在一定程度上提升巷道掘进效率。为此，提出将掘锚一体机应用到1606运输巷掘进中，并对掘锚一体机结构组成、应用特点及现场应用技术方案等进行阐述。现场应用后，巷道掘进进尺可达到850 m/月，回采巷道3个月以内即可完成掘进，为矿井煤炭高效回采创造良好条件。