掘锚一体机快速掘进技术研究

张少鹏

（晋能控股煤业集团燕子山矿， 山西 大同 037003）

引言

在煤矿开采巷道掘进过程中常常出现采掘失调的问题。传统开采设备主要采用悬臂式综掘机，通过将掘进机与锚杆钻机相匹配来进行。在工作过程中，掘进和支护相互协调进行，出现的问题是钻孔效果不理想，工人的劳动负担比较大，操作工程任务烦琐，且作业过程中成本比较高，大大阻碍了在规定的时间内对巷道的掘进。基于此，针对掘锚一体机快速掘进技术展开研究。

1 2212 巷概况

燕子山矿C3 号层302 盘区2212 巷煤厚5.5～6.7 m，平均6.1 m；巷道设计长度2 540 m，巷道断面宽×高=5.2 m×3.5 m，采用EJM2×170 六臂掘锚一体机掘进。巷道埋深400～420 m，上覆为4 号层采空区（2018 年10 月回采结束），层间距20～25 m。伪顶厚0.8 m，直接顶厚6.45 m，老顶厚28.57 m，伪顶质地为碳质泥岩，直接顶质地为泥岩、高岭岩，老顶质地为粉砂岩、高岭岩[1]。整个巷道通过锚网索进行支护，顶部采用锚杆的数据为Φ20 mm×2 400 mm，每排6 个进行布置，且间排距为1 000 mm、1 000 mm，在帮部使用锚杆的数据为Φ18 mm×1 700 mm，每排3 个进行布置，且间排距为1 000 mm、1 000 mm，2212 巷道支护断面图，如图1 所示。

图1 2212 巷道支护断面图（单位：mm）

2 EJM2×170 机组及主要特点

2.1 EJM2×170 机组

EJM2×170 掘锚机主要包括防尘系统、铲装系统、电器系统、截割系统、驱动系统等，如图2 所示。

图2 EJM2×170 掘锚一体机整机图

EJM2×170 掘锚机的详细数据为：机体总质量为85 t，机身总长为12.09 m，截割深度为3.3 m 左右，依据巷道的相关设计可以相应地设置截割的参数。掘锚机的工作功率为650 kW，如表1 所示为掘锚机的相关参数。

表1 EJM2X170 相关参数

2.2 主要特点

2.2.1 割煤快，成型好

掘锚一体机中滚筒形状与过去有所改进，采用圆柱形的滚筒，在一体机中共采用两个伸缩滚筒和三个截割滚筒，通过对巷道掘进的实际情况来设定具体的滚筒宽度。在进行掘进的过程中，采用全断面截割的方式，能够明显提高工作效率，且掘进后的巷道成型好。如表2 所示，为截割部位的参数。

2.2.2 支护快，质量高

锚杆机部是由侧帮锚杆机、顶板锚杆机、操作平台架构起来。其顶板锚杆机的位置处于铲板的后方，其优势是在进行横向排列布置的过程中，能够保证锚杆工作范围最大化。且采用的液压锚杆钻机与之前的钻机不同，传递动力强，支护效果好，保证了掘进和支护可以协调进行工作，从而有效地增强掘进速度。

2.2.3 空顶距小

铲板部主要包括从动轮装置、侧铲板、护板、主铲板等[2]。根据对巷道掘进复杂的工作环境下，选择犁式铲板，这样设计的目的是能够大幅降低控顶距，进一步增加了机组和顶板的匹配度。

3 影响快速掘进的主要因素及调整措施

3.1 影响条件

3.1.1 地质条件

对巷道进行掘进时，周边的环境对一体机产生较大的影响，采用掘锚一体机时只能适用于巷道周边地质不复杂的情况下进行。然而在实际操作时，掘锚一体机运转的过程中面对顶板裂开现象，且一体机首部和作业部位之间的位置较小，无法提前对顶板进行预解决。另外，巷道遭遇到断层等影响，产生大范围的硬岩，应该通过安置震动炮的办法去除大面积硬岩，从而能够实现快速掘进的目的。

3.1.2 控顶距

在巷道掘进的过程中，控顶距值大小直接对其工作效率产生影响，站在安全施工的角度看，应该根据掘进情况确定控顶距。当控顶距设置的参数值不高时，例如采用“一掘一支”方式，则需要考虑到停掘的过程，在完成一个支护排距后需要停掘。能够确保在安全工作的条件下，小幅度的提高控顶距，大大加速巷道掘进。

3.1.3 探巷环节

在进行煤矿巷道掘进时，一贯采用的理念是“有疑必探，先探后掘”，通常来说，探放水钻孔超前距有一定的限制，其值不能低于30 m。由于在大同矿机中各区域的煤矿周围环境不同，因此采用的探巷装备也有所差别，投入技术多的探巷设备有效地探测距离长，探巷的次数少，所以在巷道掘进的过程中其受到的影响不大；然而，通常矿井使用的探巷钻机只能在较短距离的范围下进行探巷，而且探巷次数较多，对巷道掘进影响较大，延长掘进时间。

3.1.4 巷道支护

在掘进环境下，巷道支护所耗费的时间占一半以上，较长的支护时间对巷道掘进的影响比较大，不能够短时间内进行高效掘进。为了能够达到高效掘进的目的，且在安全范围内，不断的对支护参数进行修改，减少工作环节。

3.2 实现快速掘进的主要措施

1）采用顶板条件相对稳定巷道。为了保证掘锚一体机在过程的过程中能够有效地发挥巷道掘进性能，应该选择顶板条件简单的巷道进行，这样能够有效地减少巷道受力。

2）设置合理的控顶距。根据不同巷道掘进的实际情况，确定相应的控顶距，可以采用“两掘一支”的方式进行，从而避免停机次数的增加，有效提高掘进速度。

3）采用先进探巷技术。为了减小探掘交叉现象，采用先进的探巷技术，这样能够有效缩短掘进时间。

4）优化支护设计。分析掘锚一体机在对煤巷道掘进中支护时，有效地修改并调整支护参数，采用增加锚杆间距的方式，减少支护时间，进一步提高掘进速度[3]。

3.3 应用情况

在具体应用的过程中，对掘锚一体机运行出现的问题进行修改，可以发现，同忻矿和燕子山矿巷道掘进的整体情况都有所改善，从以下方面能够说明：

1）循环作业。采用掘锚一体机大大缩短了循环作业时长，当采用“两掘一支”的方式时，各个作业环节的时长都有所减小，如表3 所示，其中割煤时间减小到15 min，支护时间减小到40 min，循环时间减小到55 min。

表3 5104 巷循环作业工序各项数据对比

2）巷道成型。掘锚一体机对巷道掘进的效果好，其特有的全断而切割工作方式，与之前采用悬臂式的方式掘进巷道相比，掘进后巷道整体质量好，且效果显著。

3）单进水平。燕子山矿使用掘锚一体机却无法达到预期的性能，分析研究得出由于受到周边地质条件性地设置，才能够实现快速掘进，能够尽可能全面地发挥整机性能。