下霍煤矿1306回风顺槽掘锚护一体化技术应用

暴广昌

（晋能控股煤业集团长治三元中能煤业有限公司，山西 长治 046600）

长期以来，煤炭一直是我国的主要消费能源，虽然目前国家能源结构调整，能源消费结构中煤炭占比有所降低，但在未来相当长的一段时间内其主要消费地位不会改变［1］。随着科学技术的进步，采矿方法和设备也有了突飞猛进的发展。比如，综采、综掘、综放等机械化程度较高的开采技术已广泛应用，且采煤工作面智能化开采技术已成功使用。但相对而言，掘进工作面机械化或智能化程度往往较低，导致我国煤矿开采中经常出现采掘失衡，巷道掘进速度远不能满足采煤需求，且有逐渐加剧［2-3］趋势。

巷道掘进速度主要受制于临时支护环节。目前应用较广泛的临时支护主要包括前探梁式支护和柱式支护。永久支护主要包括架棚支护和锚杆支护，其中锚杆支护为应用最广泛的巷道支护形式。但因锚杆支护工艺相对复杂，与掘进作业相互制约，直接影响到巷道高效快速掘进。为此，国内外众多专家学者提出了掘锚护一体化综掘技术。该技术可解决掘进与支护作业相互制约的问题，有效提高掘进效率，缓解矿井采掘接续紧张问题［4-6］。本文以下霍煤矿1306回风顺槽为工程背景，分析EBZ-160 掘进机的机型结构和特点，旨在实现机载锚杆钻机、临时支护装置与掘进机的有机结合，提高下霍煤矿1306回风顺槽掘进效率。

1 EBZ-160 综掘机机型组成及特点

EBZ型掘进机为纵轴式掘进机，仅有一个截割头，适用于软弱煤岩体巷道掘进，效率高且适应性强，在煤矿巷道快速掘进中得到广泛应用，见图1。

图1 EBZ-160 综掘机实物

EBZ-160 综掘机型号中，E代表掘进机、B代表悬臂式、Z纵轴式、160 表示截割功率为160 kW。EBZ-160 综掘机主要由截割机构、铲板机构、运输系统、本体结构、行走机构、支承结构、液压系统、水和润滑系统以及电气系统组成。EBZ-160 综掘机主要结构及组成如下：

1）截割机构包括截割头、伸缩装置、减速机和电机，伸缩装置的设置有利于配置锚杆钻机。

2）铲板机构包括主体、侧铲板、驱动装置以及从动轮，铲板机构可将截割机构截割下来的煤岩或其它物料转运至运输系统。

3）运输系统包括前、后溜槽以及张紧和驱动装置。

4）本体结构包括回转台、回转油缸以及本体主架，本体结构用于连接截割机构、铲板机构、运输系统、行走机构、支承结构五大结构，同时其上方设置液压泵站。

5）行走机构包括履带、驱动轮、减速机和驱动结构组成。

6）支承结构设置在本体结构后方，主要用于减少掘进机工作期间机体振动、滑动。

7）液压系统主要有操作台、油箱、柱塞泵、多路阀、油缸、冷却器等组成。

8）水系统将外来水过滤、分流、减压，实现油缸、截齿降温以及截割灭尘等功能。

9）润滑系统可实现掘进机关键结构润滑。

10）电气系统与液压系统共同实现各机构联动，完成掘进工序，包括防爆操作箱和电控箱、截割电机、油泵电机及其它配套电机设备。

2 EBZ-160 综掘机掘锚护一体化改造

EBZ-160 型掘进机截割机构设置的伸缩装置有利于配置锚杆钻机。因此，在该位置安装锚杆钻机可实现巷内平行和垂直旋转，实现巷道顶、帮支护作业。同时，在掘进机顶、帮安装临时支护装置，通过掘进机行走实现锚杆钻机和临时支护装置联动作业，锚杆钻机和临时支护装置分别固定于截割机构升降油缸和截割机构顶部。

锚杆钻机和临时支护装置有液压系统提供动力。该液压系统与掘进机共用，原液压系统需增设液压管路和控制系统，改装后的液压系统分别设置锚杆钻机控制系统和临时支护装置控制系统，且彼此独立，可实现相互闭锁。掘进作业时，截割机构行走带动锚杆钻机，实现锚杆钻孔作业，从而实现掘锚护一体化。

3 掘锚护一体化综掘技术

3.1 工程概况

下霍煤矿位于山西省长治市长子县境内，开采3 号煤层，生产规模2.40 Mt/a。井田总体为一走向NNE、倾向NW，倾角4°左右的单斜构造，局部为EW向，。1306 工作面开采煤层平均厚度5.3 m，平均倾角6°。工作面北侧为1305 采空区，其余三个方向均为保护煤柱。煤层直接顶为厚0.86～9.35 m的砂泥岩，基本顶为厚2.55～16.50 m的中细粒砂岩，直接底板为厚0.30～6.31 m的砂泥岩，基本底为厚1.05～4.83 m的细粒砂岩。1306回风顺槽服务于1306 工作面，用于回风及辅助运料，巷道设计掘进长度1 470.6 m，设计掘进断面为矩形断面，断面净高3.50 m，净宽4.60 m，净断面积16.10 m2。

3.2 支护方案设计

下霍煤矿1306回风顺槽设计采用锚网索联合支护方式，巷道支护断面见图2，具体参数如下所示：

图2 巷道支护断面

（1）顶板支护：采用规格直径22 mm、长度2 400 mm的左旋螺纹钢高强度锚杆，间排距为800 mm×800 mm，每排6 根，每排锚杆采用W钢带连接。同时，顶板采用锚索进行加强支护，锚索规格为直径18.9 mm、长度7 300 mm的高强度矿用锚索，间排距为1 800 mm×2 000 mm，顶板铺设菱形金属网，规格4 800 mm×1 200 mm。

（2）帮部支护：采用规格直径22 mm、长度2 200 mm的螺纹钢锚杆，间排距为800 mm×1 000 mm，每排5 根，每排锚杆采用W钢带连接，两帮铺设菱形金属网，规格3 400 mm×1 200 mm。

3.3 掘锚护一体化工艺

掘锚护一体化主要有掘进截割、临时支护和永久支护组成，具体工艺流程为掘进机截割机构截割并行进→进行临时支护作业→架设顶梁并挂网→施工顶板锚杆、锚索→铺设帮部塑钢网→施工帮部锚杆→掘进机铲板机构清理底煤。

掘进作业时，应预先准备好顶网和托梁，掘进后将顶网和托梁放置在临时支护装置上方，利用液压系统，促使临时支护对顶板具有一定的初撑力，从而实现超前临时支护的效果。之后，施工顶板锚杆、锚索，固定顶网和托梁，再铺设帮部塑钢网、施工帮部锚杆。最后，回撤临时支护装置，实现单循环作业。

4 试验效果和效益分析

掘锚护一体化综掘技术在下霍煤矿1306回风顺槽进行了工业性试验，该技术的成功实施改变了现有高危、低效、高劳动强度的人工锚杆支护工艺，实现了高效安全的掘锚护连续施工作业，有效地提高了工作面掘进效率。采用原有掘进工艺，工作面月进尺250 m，采用掘锚护一体化工艺后，月进尺达350 m，提高了40%，月新增煤炭效益80万元。同时实现了工作面减人，节省了人工成本，年节省人工成本50 万元。该技术的成功应用缓解了采掘工作面接续紧张局面，降低了工人劳动强度，改善了掘进工作面作业环境，具有显著的经济效益和社会效益。

5 结论

1）对EBZ-160 综掘机进行优化改造，通过在掘进机截割机构升降油缸和截割机构顶部设置锚杆钻机和临时支护装置，实现了机载锚杆钻机、临时支护装置与掘进机的有机结合。

2）对下霍煤矿1306回风顺槽支护方案进行优化，确定了掘锚护一体化综掘技术工艺。应用该项技术后，实现了高效安全的掘锚护连续施工作业，工作面掘进效率提高了40%，月新增煤炭效益80 万元，同时实现了工作面减人，节省了人工成本，年节省人工成本50 万元。