长平煤矿软煤层条件下的掘锚一体机改造分析

潘李步，秦冬冬，杜 可

（山西省晋能控股煤业集团晋城煤炭事业部长平煤业公司，山西 晋城048411）

1 矿井概况

长平3号煤具有“三高、三软、三多、一差”的特征，即高瓦斯含量、高瓦斯压力、高地应力；煤层软、顶板软、底板软；断层多、陷落柱多、煤系地层含水层多；煤层透气性差。

开采区埋深超过700 m，局部接近800 m。瓦斯含量随埋深逐渐增加，受泮沟南向斜、断层、陷落柱影响大，五盘区8～20 m3/t，六盘区东部7.5～11 m3/t。

试验的五盘区胶带机巷煤层埋深720 m，原始瓦斯含量15 m3/t。掘进期间残余瓦斯含量为7.2 m3/t。工作面采用2×55 kW局部通风机压入式通风，风量850 m3/min，工作面甲烷浓度0.3%～0.4%，回风甲烷浓度0.4%～0.5%，瓦斯涌出量3.4～4.25 m3/min。图1为长平矿煤层及地表标高变化趋势图。

图1 长平矿煤层及地表标高变化趋势

2 抽掘模式

长平煤矿坚持大巷开拓和瓦斯治理先行理念，通过底抽巷+穿层钻孔的超前预抽，掩护煤巷快速掘进。

五盘区大巷为“四煤两岩”6条大巷布置，五盘区辅运巷、五盘区排矸巷这2条底抽巷已按照规划于2019年11月掘进到位，实现了盘区大巷超前预抽和快速开拓，同时也为五盘区南北翼工作面底抽巷超前施工开辟了战场。按照采掘接续计划，2020年底五盘区大巷工程全部结束。

五盘区2条大巷底抽巷穿层钻孔和水力冲孔钻孔已全部结束，抽采时间在8-11个月，图2为五盘区大巷“两岩四煤”抽采钻孔布置剖面图，图3为底抽巷水力冲孔钻孔布置及工艺图。

图2 五盘区大巷“两岩四煤”抽采钻孔布置剖面图

图3 底抽巷水力冲孔钻孔布置及工艺图

3 掘锚一体机改造情况

3.1 改造背景

目前，长平公司掘进工作面主要分为3号煤巷和底抽巷2类，采用了2种不同的掘进生产作业线。其中煤巷采用了EBZ150(160）掘进机+CMM2-15(20）钻车；底抽巷采用了EBZ200(260)+180 N·m液钻，2种掘进生产作业线主要存在：①工作面设备多；②机械化程度不高；③工作劳动强度大；④设备管理难度大；⑤作业工序不连续等缺点，距离长平公司“快掘”的目标有较大差距。

基于以上现状，在集团公司的大力支持下，在生产处、机电处、技术研究院以及天巨重工的帮助下，长平公司积极落实、加快推进，抽调专人进行攻关，在多方调研和数据分析的基础上，对现有的EBZ160综掘机进行了升级改造，实现了掘、锚二合一的快速掘进装备，初步达到了煤巷掘进“安全、达标、高效、文明”四方面的变化。

3.2 主要改造内容

图4 为掘锚一体机改造结构图，其改造内容主要为：增加2台前钻臂；改造铲板部（改造前2.8 m，改造后3.2 m）；配置电液比例控制阀实现了无线遥控技术（遥控距离可达50 m）；新增了移动式钻臂操作平台和机载式临时支护平台；设计面板切换阀实现截割系统和锚钻系统的功能互锁；增加2台后钻臂。

图4 掘锚一体机改造结构图

3.3 试验情况

从2月20日开始，EBZ160M-4掘锚一体机在胶带机巷进行了工业试验，截止目前，已经累计试验3个月，单班最高进尺5 m，日最高进尺8 m，月最高进尺216 m，平均每天进尺7 m。

4 取得的主要效果

4.1 提高了掘进效率

一体机通过减少作业工序，提升了掘进效率，原工作面在每个循环过程中存在4次进退机，用时16 min。一体机存在1次退机，用时1 min。每个循环节省15 min，提高了掘进效率；通过减少了搭架环节，加快了排放孔的施工速度，由于15钻车的平台高度为1.1 m，无法满足排放孔的施工要求，所以需要搭架作业，工序复杂。而采用一体机后，操作平台的高度为2.2 m，很好解决了施工排放孔的要求，目前16个排放孔的时间在4 h，节省了30 min；增加了机载涨拉泵，降低了涨拉时间，一体机采用机载液压涨拉泵，涨拉1根锚索用时1 min，较风动涨拉泵快了2 min，每个循环节省时间20 min；降低了劳动强度，减少了作业人员。一体机共有4个钻臂，其中2个前钻臂施工需要4个人，后钻臂需要2个人，迎头的作业人员由原来的7人减少为6人，实现减人提效。使用一体机后，进尺稳步提高，周进尺最高49 m，日均进尺由原4.5 m提升至7 m,提升效率将近50%；改造掘锚一体机，降低掘进设备成本，购买1台新的EBZ160综掘机需要297万元、CMM-20锚杆钻车需要180万元，共需477万元。如利用现有综掘机改造掘锚一体机需要196万元，降本增效281万元。

4.2 更好的保障了掘进安全

一体机通过切换阀实现截割和锚钻系统的功能互锁，装备实现了本质安全型；设备管理简单化，将原综掘机+钻车的设备合二为一，降低了设备管理难度；一体机遥控操作，割煤简单，提升了50%效率；改善了作业条件，采用了操作平台+机身平台的一体化设计方式，平台面积为（3.8 m×1.5 m），职工操作安全可靠；一体机割煤后，能够及时升紧临时支护，空顶时间为“零”，杜绝了迎头顶板事故的发生，更好的保障了掘进安全。

4.3 促进了掘进作业的标准化

通过推行正规循环，以正规循环作业为抓手，来合理安排各工序，将“两掘一准”中“准”里面施工的防突措施作为核心，在检修班施工完毕，保证了正规循环作业；通过推行标准操作，让“检到位、快中部、慢两帮、少进刀，停中间”的割煤操作标准逐步成为习惯；让“问好顶、敲好帮、升的紧、联好网”的临时支护操作标准，让“水压足、转不停、孔到位、塞到底、涨达标”的永久支护操作标准要领落地生根，让标准操作成为了一种习惯；通过推行标准验收，实施“图纸化”和“数字化”的验收模式，长时间保留基础资料，在推进安全生产和事故问责、追责方面意义重大，确保了工程质量达标。

在掘锚一体化技术的试验过程中，通过团结协作、攻坚克难，阶段性完成奋斗目标，形成了“1646”的掘进文化体系。通过推行安全在迎头、质量在支护、生产在准备、效率在组织、风险在四防（防突、防片帮、防挤压、防水）、标准在数字的正规循环化作业以及通过推行操作抓习惯、检修抓预防、运输抓数量、验收抓质量、辅助抓服务、管理抓作风等一系列措施，最终促进了文明掘进氛围的形成。

5 结论

通过对煤矿软煤层条件下的掘锚一体机的改造，取得了较好的应用效果，不仅提高了掘进效率，而且促进了掘进工作的标准化，文明化。在集团公司3个革命性的引领下，近年来长平公司正以“不待扬鞭自奋蹄”的担当精神，大力开展了一系列重大项目的改造建设工作，这些重大项目的突破，必然会带动长平公司煤炭板块实现高质量发展。