掘锚机在彬长矿区的应用探究

张 典，冯海龙

(陕西正通煤业有限责任公司，陕西 咸阳 713699)

1 背景

彬长矿区煤炭资源丰富，赋存条件较好。经过对彬长矿区已建矿井煤巷掘进期间的情况调研发现，存在一个共性问题即煤层硬而松散，底板偏软，开掘后围岩破碎，顶板极易垮冒。彬长矿区所有矿井均为新建矿井，是较为年轻的矿区，建井时间短，为尽快达产，矿井初期采面布置走向长度偏短，服务期限较短，而普通的综掘工艺布置工作面的速度与回采速度相差无几，准备煤量始终不足，因此导致矿井始终处于采掘接续紧张的局面。为此，寻找一种更加高效的煤巷掘进设备成为解决这一困境的最为可行的方法。

煤巷快速掘进设备包括综掘机、掘锚机、连采机及最为先进的“煤海蛟龙号”煤巷快掘设备。但根据以上彬长矿区的地质情况介绍，显然连采机及“煤海蛟龙号”煤巷快掘设备无法应用。而掘锚机与综掘机相似度极大，只要综掘机能够适应的环境，推断掘锚机也有较大的可能适应，因此掘锚机是目前最佳的综掘机替代品。而因为缺乏经验，彬长矿区多家煤矿与目前市面上产品较好的几家掘锚机厂家商讨对掘锚机进行适应性改造后投入使用，但效果较差，均以失败告终。为何在世界范围内早已成熟推广的掘锚机在引进到彬长矿区使用后均会失败，怎样才能让掘锚机在彬长矿区成功应用。接下来，笔者将根据亲身实践以及对彬长矿区矿井掘锚机的应用调研情况，主要围绕以上两个关键问题展开论述。

2 市场在用掘锚机优劣分析

2.1 各掘锚机主要技术参数

目前市场在用掘锚机：山特维克MB670-1掘锚机、铁建重工ZJM4200掘锚机和久益公司EJM2×170掘锚机的主要技术参数如表1、表2、表3所示。

表2 铁建重工ZJM4200掘锚机技术参数

表3 久益EJM2×170掘锚机技术参数

2.2 各设备优劣情况分析

2.2.1 山特维克MB670-1掘锚机

2.2.1.1 优势。①设计了前后支撑，且撑距达到0.5m，对于后期掘锚机现场检修有利；②底盘离地高度270mm，高度较其他厂家同类产品高；③前排打顶的两侧锚杆机实现了打帮功能，减小了空帮面积；④设备整体设计较为合理，市场应用占比高。

2.2.1.2 缺陷。①顶锚杆机中心线距截割滚筒前段距离2.3m，导致空顶面积较大，对安全生产不利；②履带宽度偏窄，对地比压大于正通煤业底板岩石抗压强度，易沉陷；③无对应型号的后配套设备；④顶帮锚杆机间距为1.3m，无法实现顶帮同步支护。

2.2.2 铁建重工ZJM4200掘锚机

2.2.2.1 优势。①前排顶板锚杆机实现了滑移，可将空顶距缩短至0.8m；②底盘离地高度增加至300mm，高度已为同类产品最高；③履带宽度也已达同类产品最宽，为880mm，对地比压降至正通煤业公司煤炭抗压强度，有效避免设备沉陷；④顶板锚杆机支护富余量为0.8m，对于处理一定程度的顶板冒落具有一定优势；⑤顶帮锚杆机间距具有可调功能，能够实现顶帮支护同步；⑥铲板下压460mm，更能适应底板沉积不平的施工环境；⑦有对应型号的后配套设备，能够实现分区支护，大大提高支护速度。

2.2.2.2 缺陷。①锚杆机只能单一方向摆动，灵活性较差；②设备还从未在实际生产中应用，设备性能具有不确定性；③后配套桥式皮带体积过于庞大，一方面不利于井下运输，另一方面对于底板不平的巷道适应性较差；缺少前部支撑，如设备出现沉陷或者履带等需维修，难度较大；④为实现锚杆机滑移至铲板上方，人为将铲板高度降低了0.4m，可能导致煤矸外翻，增加人工清矸量，甚至可能对机体行驶造成影响。

2.2.3 久益公司EJM2×170掘锚机

2.2.3.1 优势。①前排顶锚杆机两侧两部锚杆机实现了打帮功能，减小了空帮距离；②底盘离地高度270mm，高度较其他厂家同类产品高；③顶板锚杆机实现了多向摆动，灵活性较大。

2.2.3.2 缺陷。①顶锚杆机中心线距截割滚筒前段距离2.04m，空顶面积偏大，对安全生产不利；②履带宽度偏窄，对地比压大于正通煤业底板岩石抗压强度，易沉陷；③设备未设计前探顶棚，缺少临时支护；④整机结构设计还有待优化，较以上两家有差距。

3 国内掘锚机使用现状

因为孟村矿及正通煤业公司煤层的地质特性在彬长矿区极具代表性，所以下面主要以该两家煤矿掘锚机的使用情况展开描述。

孟村矿采用久益EJM2×170掘锚机，其配备4台高效顶板锚杆机，用于打设顶板锚杆和锚索，2台侧帮锚杆机，用于打侧帮锚杆或顶锚杆。其截割宽度5 000mm～5 800mm，截割高度范围3 500mm～4 200mm。自2020年12月22日投入试运行，截至2021年4月20日累计掘进施工785m，平均月进尺196m/月。孟村矿煤巷顶帮围岩破碎，底板遇水较软，施工环境较差。

正通煤业公司采用铁建重工ZJM4200C掘锚机，其同样配备4台顶板锚杆机及2台侧帮锚杆机，其截割宽度5 500mm～6 200mm，截割高度范围3 500mm～4 200mm。设备自2018年8月26日投入试运行，直到9月7日撤出，累计掘进施工26m。正通煤业公司煤层埋深较大，矿压显现明显，又因巷帮围岩破碎，顶板层理发育且粘连性差，容易垮冒，底板基地较为不清且为泥岩遇水软化，工作环境较差。

另外，通过对内蒙古矿区几家煤矿掘锚机使用情况的调研，内蒙古煤层赋存较陕甘煤层好，一般情况下煤层顶板完整，煤层层理间距大，层与层之间粘连性较好，顶板不易离层、垮落。以鄂尔多斯的巴彦高勒煤矿为例,其煤巷帮部溜帮严重、底板偏软，但顶板条件较好，采用山特维克MB670型掘锚机施工，月进度保持500m以上。

表4 彬长及内蒙古矿区已用掘锚机月度进尺情况统计

4 关键原因分析

通过以上对比分析可知：①顶板条件的好坏对掘锚机掘进速度影响较大，掘锚机成功应用的关键在于顶板控制。②彬长矿区煤矿顺槽底板偏软，掘锚机的接地比压及底盘离地高度对掘进速度的影响也不容小觑。③对帮部围岩的控制，虽然片帮问题对掘进速度影响不大，但如果实现帮部支护拖后不大于2排，那么掘锚机掘进速度也将会出现一定增幅。

5 探究应用

通过对以上掘锚机关键因素及掘锚机优劣情况的分析，正通煤业有限责任公司已与中国铁建重工合作，就彬长矿区的掘锚机改造方案召开了多次会议，进行了深入的研究探讨，不断对目前市面上的掘锚机结构进行改造完善。目前初步方案已经确定，改造版掘锚机底盘高度较之前的270mm提高到300mm，履带宽度由700mm增加至880mm，接地比压由0.25降至0.17，顶板永久支护空顶距由2.5m缩小至0.35m，帮部永久支护由4.5m缩小至2.5m，很好地解决了以上影响掘锚机快速掘进的主要问题。首台改造升级版掘锚机已在制作，2021年7月份在彬长大佛寺煤矿投用。

6 总结

掘锚机作为目前综合性能较好的煤矿煤巷快掘设备，按照当前国内煤矿分布情况，山东、河南及东北等区域井田已几近资源枯竭，国内主力矿井基本位于陕甘蒙疆区域，而该区域地质条件又以陕甘地区较差，故如果在彬长矿区投用成功，那么该改造后机型将几乎能适应所有煤矿，相信在不久的将来掘锚机将会全面替代综掘机成为煤矿煤巷掘进的主力设备，综掘机时代将会逐步成为历史。

此外，随着智能化时代的到来，煤矿智能化建设也在逐步进行，当前最好的智能化矿井渝北小保当、曹家滩已具有了较高的智能化水平，尤其是小保当煤矿是目前国内唯一具有智能掘进系统且已投入运行的煤矿。该套系统就是以掘锚机为基础改进而来，虽该套系统环境适应性较差，但作为智能掘进的初次尝试，效果已达到预期。之所以选定掘锚机作为智能掘进的研究基础，是因为它是目前最具智能化改造潜力的掘进设备。因此，接下来矿山掘进智能化建设必定还会围绕掘锚机为中心来开展，它可能不是唯一的能够进化为智能掘进的设备，但它必将是第一个进化成功的智能掘进设备。