大采高工作面連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)工藝研究

晉城煤業(yè)集團(tuán)寺河礦 陳軍

大采高工作面連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)工藝研究

晉城煤業(yè)集團(tuán)寺河礦 陳軍

連續(xù)采煤機(jī)于20世紀(jì)40年代在歐美出現(xiàn)，成熟于20世紀(jì)80年代。最初主要用于房柱式開采和殘留煤的回收，現(xiàn)在已成為長壁高效綜采工作面準(zhǔn)備巷道的主要掘進(jìn)設(shè)備。我國在20世紀(jì)90年代以后開始引進(jìn)，近幾年開始自行研制改進(jìn)。連采掘進(jìn)技術(shù)是以連續(xù)采煤機(jī)為龍頭，掘進(jìn)與支護(hù)平行作業(yè)的掘進(jìn)工藝，掘進(jìn)時(shí)一般采用雙巷或三巷掘進(jìn)。

大采高采煤技術(shù)是對厚煤層一次采全高的經(jīng)濟(jì)開采方法。山西晉城煤業(yè)集團(tuán)寺河礦先后于2002年和2007年引進(jìn)了3套連采設(shè)備，用于大采高工作面的巷道掘進(jìn)。

一、4302大采高工作面概況

4302工作面位于寺河礦東四盤區(qū)3#煤層中，工作面設(shè)計(jì)采高為6.2m，工作面走向長2353.53m，傾斜長297.46m，煤層傾角1～14°，平均5°。

1．地質(zhì)狀況。煤層頂、底板。工作面煤層頂、底板多為砂質(zhì)泥巖，灰黑色、薄層狀、均勻?qū)永?。直接頂中等穩(wěn)定，平均厚度6.33m，直接底平均厚度1.39m，老頂為細(xì)粒砂巖，平均厚度4.26m，深灰色、中厚層狀，以石英為主。老底為細(xì)粒砂巖，平均厚度4.47m，灰色、中厚層狀、致密，無偽頂。地質(zhì)構(gòu)造條件簡單。工作面總體呈一向斜構(gòu)造，向斜軸部靠近工作面切眼段。水文地質(zhì)。工作面水文地質(zhì)條件簡單，涌水來源主要為上覆砂巖、粉砂巖等弱含水層水，當(dāng)巷道掘至向斜軸部時(shí)，由于錨索鉆孔或受臨近采面影響，會有少量涌水，預(yù)計(jì)正常涌水量為lm3/h左右，最大涌水量5 m3/h。瓦斯情況。據(jù)臨近工作面預(yù)測，該工作面瓦斯絕對涌出量為2.l m3/min，對于地質(zhì)構(gòu)造附近的媒體，瓦斯涌出異常。

2．巷道布置及技術(shù)特征。43022、43023、43024巷為矩形斷面，43022、43024巷巷道斷面尺寸為3.8m×5.0m，43023巷為4302工作面的順槽皮帶，斷面尺寸為3.8m×5.5m。巷道永久支護(hù)采用錨網(wǎng)帶聯(lián)合支護(hù)并使用錨索補(bǔ)強(qiáng)。錨桿除了靠近采面?zhèn)葞蜕喜捎忙?8-Μ20-2000圓鋼錨桿外，其余地方頂、幫支護(hù)均采用高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿。規(guī)格為頂錨桿Φ22-Μ24-2400，幫錨桿Φ22-Μ24-2000，每根錨桿采用K2335、Z2360 2支錨固劑。頂板支護(hù)時(shí)上鋼筋托梁。施工高強(qiáng)度螺紋鋼幫錨桿時(shí)配套安裝W型錨桿鋼護(hù)板，規(guī)格為BHW300mm×280mm×4mm。巷道正常支護(hù)時(shí)錨索排距3m，每排施工兩根錨索，使用1支K2335，2支Z2360錨固劑。巷道布置如圖1所示。

圖1 巷道布置

二、連續(xù)采煤機(jī)及配套設(shè)備

1．連續(xù)采煤機(jī)。JOY 12CM27型連采機(jī)是一種高產(chǎn)可遙控的連續(xù)采煤機(jī)，適用于厚煤層。該機(jī)截割滾筒直徑為 1 367mm，截割寬度 3 505mm，最大采高為 5 000mm。它還裝有一臺寬 940mm、運(yùn)行速度 2.44m/s、并配有裝載耙爪 （收集頭）的刮板機(jī)。12CM27型連采機(jī)的截割頭由兩臺帶限矩保護(hù)的交流電機(jī)驅(qū)動，兩臺電機(jī)平行于截割臂中心線安裝。每臺電機(jī)均通過內(nèi)置扭矩軸同齒輪箱的齒輪嚙合。另外還裝有2臺收集頭電機(jī)、2臺行走電機(jī)、1臺油泵電機(jī)和1臺集塵風(fēng)機(jī)電機(jī)。

2．連采設(shè)備。連采設(shè)備除割煤所用的連續(xù)采煤機(jī)外，還包括運(yùn)煤、破碎、運(yùn)輸、支護(hù)、清煤的各種設(shè)備。如表l所示。

表1 連采設(shè)備

三、施工方法及工藝介紹

1．施工工藝流程（加循環(huán)流程）。交接班——安全檢查——連采機(jī)進(jìn)入已支護(hù)好的巷道割、裝煤(備料)——梭車運(yùn)煤——切槽、采垛達(dá)循環(huán)進(jìn)度后——連采機(jī)轉(zhuǎn)移巷道——錨桿機(jī)進(jìn)入已割好的巷道內(nèi)進(jìn)行支護(hù)——用錨桿機(jī)的臨時(shí)支臂進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)——支護(hù)完后轉(zhuǎn)移巷道——接風(fēng)筒，清理浮煤——自檢驗(yàn)收。如圖2所示。

圖2 連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)施工順序

2．施工方法。

（1）落煤。采用美國JOY公司制造的12CM27-11E型連續(xù)采煤機(jī)落煤，循環(huán)方式為多循環(huán)，循環(huán)進(jìn)度為5～10m。割煤分為“切槽”和“采垛”兩個(gè)工序，機(jī)組采用階梯式的前移方式，每次完成循環(huán)進(jìn)度后保證留有2.5m的臺階。割煤時(shí)，在巷道一側(cè)，先將截割頭調(diào)整到巷道頂板，截割頭沿頂板切入煤體，切入深度達(dá)要求后，逐漸調(diào)整截割頭高度，截割頭由上而下切割煤體，到達(dá)底板后，機(jī)組稍向后移，割平底板，然后調(diào)機(jī)割另一側(cè)如圖3所示。

圖3 切槽采垛工序

（2）裝、運(yùn)煤。連續(xù)采煤機(jī)將割落的煤裝入梭車，由梭車運(yùn)至破碎機(jī)（另一臺梭車備用）。破碎機(jī)將破碎后的煤轉(zhuǎn)載到皮帶運(yùn)輸機(jī)，最后由刮板輸送機(jī)轉(zhuǎn)載到東四盤區(qū)運(yùn)煤系統(tǒng)。

（3）支護(hù)。連采機(jī)割完煤以后由ST-3.5S瓦格納鏟車清煤，然后用AR02E00-2250-WT-M雙臂錨桿鉆機(jī)支護(hù)巷道。第一，臨時(shí)支護(hù)。聯(lián)好網(wǎng)后，采用雙臂錨桿機(jī)上的臨時(shí)支臂進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)頂板。要求支臂密貼頂板，具有一定的初撐力。第二，永久支護(hù)采用樹脂加長錨固錨桿組合支護(hù)系統(tǒng)，并進(jìn)行錨索補(bǔ)強(qiáng)的支護(hù)方法。支護(hù)時(shí)，采用雙臂錨桿機(jī)支護(hù)頂錨桿及錨索，MQS一(25)、(35)型風(fēng)鉆支護(hù)幫錨桿。永久支護(hù)距工作面迎頭的最大距離不大于12m，由于受錨桿機(jī)鉆臂及施工影響，幫錨桿滯后頂錨桿3m施工，但一個(gè)循環(huán)后，幫錨桿必須緊跟頂錨桿。

四、問題探討

1．連采機(jī)在使用中的問題可以概括為工藝問題和管理問題。

（1）由于支護(hù)工藝比較復(fù)雜，連續(xù)采煤機(jī)的效率不能完全發(fā)揮，最大空頂距的確定是一個(gè)難題。如果最大空頂距確定得小，就發(fā)揮不了連采機(jī)高產(chǎn)高效的作用，效果與使用AM-50機(jī)組差不多；如果最大空頂距確定得過大，既解決不了瓦斯，又不能保證頂板的完好。所以，在確定最大空頂距時(shí)，一定要根據(jù)地質(zhì)情況，尤其是現(xiàn)場操作時(shí)，更要嚴(yán)格把握關(guān)鍵點(diǎn)。

（2）“切槽”深度大于5m時(shí)，從總體上看，雖然少調(diào)了幾次機(jī)組，但一方面，若機(jī)組開關(guān)箱內(nèi)發(fā)生故障，由于其已進(jìn)入煤壁和空頂下，故給設(shè)備處理帶來一定的困難；另一方面，在寺河的地質(zhì)條件下，由于支護(hù)工作跟不上，在兩巷平行掘進(jìn)時(shí)，放大最大空頂距沒有意義。若最大空頂距定為5m左右，有利于機(jī)組維護(hù)，主要是在“切槽”之后，可以及時(shí)觀察頂板和進(jìn)行支護(hù)，有利于頂板管理。

（3）按照設(shè)計(jì)要求，頂、幫錨桿必須同時(shí)施工。由于錨桿機(jī)的特點(diǎn)，幫錨桿必須滯后一定的距離，這在地質(zhì)條件好的情況下是可以考慮的。在正常情況下，幫錨桿滯后的距離越短越好，并且要加強(qiáng)兩幫的找掉工作。

（4）寺河礦現(xiàn)有各工作面巷道間的橫川均為直橫川，在連采機(jī)施工時(shí)，由于梭車來回運(yùn)輸，直橫川給梭車的拐彎和速度帶來了困難，影響梭車運(yùn)煤和連采機(jī)連續(xù)裝煤。能否在以后的設(shè)計(jì)中，將直橫川改為斜橫川(30°或45°)，既可解決連采機(jī)在施工橫川時(shí)拐直彎的困難，又利于梭車運(yùn)煤，提高運(yùn)輸速度，同時(shí)，還可大大提高連采機(jī)連續(xù)割煤、連續(xù)裝煤的整體效益(斜橫川長度加長的工作量和直橫川磨角的工作量基本相當(dāng))。

2．應(yīng)用新型支護(hù)材料。

（1）采用玻璃鋼錨桿。玻璃鋼錨桿的優(yōu)勢在于耐腐蝕、可切割。高強(qiáng)度玻璃鋼錨桿、非金屬梯子梁等支護(hù)構(gòu)件的實(shí)踐效果良好，對保護(hù)采煤機(jī)截齒和皮帶、防止瓦斯爆炸以及工作面快速推進(jìn)起到了一定的作用。

（2）針對在涌(含)水量大的鉆孔內(nèi)錨固劑錨固困難、錨固效果差等問題，現(xiàn)場使用了新型親水錨固劑。親水錨固劑不僅解決了這些問題，而且加快了含水層中安設(shè)錨桿、錨索的速度。

3．推行工序管理，提高作業(yè)效率。

（1）合理使用超前錨桿支護(hù)空頂。連采機(jī)割煤后，如果巷道頂板破碎成形不好，必然給錨桿支護(hù)帶來困難。因此，要合理使用超前錨桿支護(hù)空頂。

（2）合理確定幫部錨桿滯后頂部錨桿的方式巷道不處于構(gòu)造異常區(qū)域，遇到圍巖穩(wěn)定、無片幫現(xiàn)象時(shí)，幫部錨桿滯后頂部錨桿進(jìn)行安裝，可以增加工序平行作業(yè)，加快施工進(jìn)度。

（3）科學(xué)確定空頂距和循環(huán)進(jìn)度。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械化裝備程度不斷提高，人員素質(zhì)及管理水平也必須與之相適應(yīng)。筆者深信在不久的將來國產(chǎn)連續(xù)采煤機(jī)及其相關(guān)的配套設(shè)備工藝必將得到推廣應(yīng)用，為大型礦井提高綜采的生產(chǎn)準(zhǔn)備水平和中型礦井實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效做出巨大貢獻(xiàn)。