淺談掘錨機(jī)在煤礦快速掘進(jìn)中技術(shù)應(yīng)用

閆志勇++姜納穆

摘 要：針對(duì)布爾臺(tái)煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜，頂板壓力大，片幫嚴(yán)重等特點(diǎn)，通過科學(xué)選用掘錨機(jī)提高單進(jìn)水平，以適應(yīng)現(xiàn)代煤礦安全、快速、持續(xù)生產(chǎn)的要求。

關(guān)鍵詞：布爾臺(tái)煤礦；掘進(jìn)；掘錨機(jī)

中圖分類號(hào)：TD421 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）20-0093-02

布爾臺(tái)煤礦是中國(guó)神華能源有限公司投資、神華神東煤炭集團(tuán)建設(shè)的生產(chǎn)能力、主運(yùn)輸系統(tǒng)提升能力、煤炭選洗加工能力世界第一的大型礦井，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東勝煤田中部，井田面積193平方公里，可采儲(chǔ)量20億噸。井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，共有10層可采煤層。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力2000萬噸/年，服務(wù)年限71.9年。

1 地質(zhì)條件復(fù)雜

布爾臺(tái)礦井在板塊上位于鄂爾多斯臺(tái)坳北部，伊蒙隆起東部，東勝復(fù)式向斜的東翼。與鄂爾多斯盆地東北部的其他礦井相比，布爾臺(tái)礦煤層埋深較大，礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，頂、底板巖性均為砂質(zhì)泥巖，頂板較破碎，底板泥化，地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育多為中小型斷層，建礦至今共發(fā)現(xiàn)107條斷層。這些斷層中，切割2-2煤的有68條，4-2上煤的39條，其中大于3m的斷層有20條，小于3m的斷層有87條。除地質(zhì)構(gòu)造之外，2-2煤層整體賦存條件較差，夾矸分布范圍較廣，厚度較大，極大的影響了掘進(jìn)單進(jìn)水平。

2 提高單進(jìn)水平的重要意義

當(dāng)前，由于煤炭市場(chǎng)供大于求已成定局，需求增長(zhǎng)長(zhǎng)期疲軟的形勢(shì)決定了煤炭行業(yè)必須走內(nèi)涵式增長(zhǎng)道路，才能求生存、謀發(fā)展。努力提高單進(jìn)水平不僅是走內(nèi)涵式增長(zhǎng)道路的必然要求，對(duì)布爾臺(tái)煤礦而言，也是解決當(dāng)前存在的，因采掘關(guān)系失衡而帶來的安全隱患和增產(chǎn)瓶頸的極為重要的手段。

由于產(chǎn)量連續(xù)幾年快速增長(zhǎng)，使布爾臺(tái)煤礦采掘比例嚴(yán)重失衡，給安全生產(chǎn)帶來較大隱患。主要表現(xiàn)：一是同一盤區(qū)上下工作面回采距離過近，造成接續(xù)面礦壓顯現(xiàn)劇烈。炸幫、底鼓、頂板下沉，增加了巷道支護(hù)強(qiáng)度和密度，直接影響了掘進(jìn)效率；二是由于地質(zhì)條件復(fù)雜，支護(hù)量大，進(jìn)度緩慢，掘進(jìn)速度趕不上回采速度。因此，只有切實(shí)提高單進(jìn)水平才是解決上述問題的唯一途徑。

3 掘錨機(jī)的組成及特點(diǎn)

近年來，隨著在煤炭開采過程中連采機(jī)的大量使用，雖然掘進(jìn)速度加快，但支護(hù)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上，這成為制約中國(guó)地下煤炭巷道開拓效率的瓶徑，導(dǎo)致采掘嚴(yán)重失調(diào)。目前，國(guó)產(chǎn)的連采機(jī)只具備單一的掘進(jìn)功能，錨桿安裝全部使用手持式單體錨桿機(jī)完成，效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全隱患大，錨護(hù)與掘進(jìn)是各自獨(dú)立的作業(yè)工序，無疑為支護(hù)作業(yè)帶來諸多安全隱患。掘錨機(jī)是在連采機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的掘錨一體化設(shè)備，真正實(shí)現(xiàn)了截割、裝載、運(yùn)輸和錨護(hù)同步進(jìn)行，全斷面截割，一次成巷，從而顯著提升掘進(jìn)效率，確保操作人員的安全。掘錨機(jī)設(shè)有臨時(shí)支護(hù)、護(hù)幫板和錨桿司機(jī)防護(hù)頂棚。臨時(shí)支護(hù)設(shè)置于截割滾筒后，確保操作人員的安全和設(shè)備的穩(wěn)定性；操作平臺(tái)采用優(yōu)化設(shè)計(jì)，配備PLC控制系統(tǒng)，通過遙控操作，自動(dòng)控制水平位置和巷道的截割高度，掏槽與截割過程實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制；截割滾筒設(shè)計(jì)為低轉(zhuǎn)速截割，并裝配高壓水噴霧系統(tǒng)和濕式除塵系統(tǒng)，有效抑制煤塵、稀釋瓦斯。此外，錨桿機(jī)集成于掘錨機(jī)上，機(jī)載四臺(tái)頂錨桿機(jī)和兩臺(tái)幫錨桿機(jī)，便于錨桿支護(hù)作業(yè)，使空頂距最小達(dá)到2.8米。

掘錨機(jī)的行走系統(tǒng)、截割系統(tǒng)、裝載運(yùn)輸系統(tǒng)、鉆錨系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)高度集成，操作簡(jiǎn)便，僅需要1名遙控操作司機(jī)和2名錨桿機(jī)司機(jī)就可以進(jìn)行掘進(jìn)。掘錨機(jī)的工作過程可以分為掘進(jìn)和錨護(hù)兩部分，兩項(xiàng)工作可并行作業(yè)。

4 掘進(jìn)截割工藝

掘錨機(jī)就位后，司機(jī)操作遙控器將設(shè)備從行走模式轉(zhuǎn)為錨桿模式，放下后穩(wěn)定器，掘錨機(jī)就可以進(jìn)行巷道的支護(hù)和截割同時(shí)作業(yè)，掘錨機(jī)截割時(shí)，首先通過伸縮截割頭將截割頭調(diào)整至巷道頂板，然后切入實(shí)體煤壁（切入深度1.0m），從上而下截割。當(dāng)割到煤層底板時(shí)，收截割頭，截割底煤，使巷道底板平整，裝完余煤掘錨機(jī)前進(jìn)1m，支護(hù)后再次將截割頭調(diào)整至巷道頂板，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。掘錨機(jī)完成從頂板至底板再到頂板，這一過程就稱一個(gè)截割循環(huán)（見圖1）。

5 支護(hù)工藝

錨桿支護(hù)作業(yè)順序?yàn)椋憾ㄎ?、鉆眼、安裝、緊固。

（1）定位。掘錨機(jī)完成一個(gè)截割循環(huán)后，將掘錨機(jī)臨時(shí)支撐降下，掘錨機(jī)向前移動(dòng)1米，兩側(cè)支護(hù)工站在支護(hù)完好的頂棚下用專用工具將頂網(wǎng)片送到臨時(shí)支撐上，調(diào)整好網(wǎng)片放置位置，然后將臨時(shí)支撐大駕撐起頂住網(wǎng)片，用鉆桿開始定位。（2）鉆眼。在鉆箱上裝好鉆桿，操縱鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)閥和給進(jìn)閥，使鉆頭剛好頂在打眼的位置上，然后輕輕動(dòng)作給進(jìn)閥桿，使鉆頭能頂?shù)巾敯?，稍微給進(jìn)，鉆出小窩。接著操作快速給進(jìn)閥，均勻給進(jìn)，然后反向給進(jìn)，同時(shí)繼續(xù)保持鉆桿旋轉(zhuǎn)，將鉆桿退出。（3）安裝錨桿。支護(hù)工先將鉆好的鉆孔內(nèi)裝入一根樹脂藥卷，用安裝托盤的錨桿將樹脂頂入鉆孔內(nèi)，錨桿支護(hù)工用專用攪拌器安在鉆箱上，并將錨桿的尾部套在攪拌器上，鉆箱一邊攪拌一邊推進(jìn)。（4）緊固錨桿。待樹脂凝固后，旋轉(zhuǎn)鉆箱緊固錨桿（注意不能給進(jìn)），使其扭矩滿足要求（必要時(shí)進(jìn)行二次緊固），下移鉆箱與鉆架臨時(shí)支撐，調(diào)整鉆架位置。

6 科學(xué)選用

由于布爾臺(tái)礦地壓較大，地質(zhì)條件極為惡劣，為了生產(chǎn)安全和提升生產(chǎn)效率，我們長(zhǎng)期跟蹤和測(cè)試了多種類型的掘進(jìn)設(shè)備和掘進(jìn)工藝，經(jīng)過多年的掘進(jìn)生產(chǎn)實(shí)踐對(duì)比，我們選擇了地質(zhì)條件相似的連采隊(duì)和掘錨隊(duì)，依據(jù)2016年度的生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)做如下對(duì)比：通過圖2和圖3的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在地質(zhì)條件相近的條件下，掘錨隊(duì)在1—7月份進(jìn)尺較連采隊(duì)高，在1、3月份掘錨隊(duì)進(jìn)尺超過連采隊(duì)近150米，而在8—12月份月進(jìn)尺較連采隊(duì)低，最大幅度為120米；在3、5、6、8、12月份的進(jìn)尺比較相近；全年掘錨隊(duì)進(jìn)尺為7456米，連采隊(duì)進(jìn)尺7236米，掘錨隊(duì)全年總進(jìn)尺比連采隊(duì)高3%。

通過圖4和圖5的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在地質(zhì)條件相近的條件下，全年掘錨機(jī)有7個(gè)月的耗材低于連采隊(duì)，5個(gè)月的耗材高于連采隊(duì)；掘錨機(jī)年度總耗材為152.03萬元，連采隊(duì)年度總耗材為294.12萬元，掘錨機(jī)年度總耗材低于連采隊(duì)27.69%；從全年單位進(jìn)尺零件消耗來看，掘錨機(jī)也比連采隊(duì)低24.26%。如果加上進(jìn)口零件價(jià)格較高的因素，掘錨機(jī)的零件消耗會(huì)更低，維護(hù)工時(shí)更少。

很顯然，僅從生產(chǎn)進(jìn)尺和設(shè)備維護(hù)成本來看，掘錨隊(duì)明顯優(yōu)于連采隊(duì)。而且掘錨機(jī)的最大的優(yōu)點(diǎn)就是空頂距離僅為2.8米，安全性高，同時(shí)掘進(jìn)與錨護(hù)同步作業(yè)，完全杜絕了冒頂、片幫等危險(xiǎn)因素，可實(shí)現(xiàn)全斷面截割，一次成巷，不僅安全，而且顯著提高了開拓效率。而連采機(jī)按照現(xiàn)有的掘進(jìn)工藝：連采機(jī)掘進(jìn)6米之后，就得退出巷外，錨桿機(jī)再進(jìn)去支護(hù)錨桿作業(yè)，由于錨桿機(jī)是空頂作業(yè)，危險(xiǎn)性極大。

從人力成本上看，連采隊(duì)掘進(jìn)生產(chǎn)單班需要7人；而掘錨機(jī)掘進(jìn)生產(chǎn)單班需要6人；掘錨機(jī)自動(dòng)化程度高，落煤少，礦工的勞動(dòng)強(qiáng)度低，相反連采機(jī)掘進(jìn)生產(chǎn)時(shí)巷道成型難度大，落煤多，礦工的勞動(dòng)強(qiáng)度高；更重要的是掘錨機(jī)將掘進(jìn)和支護(hù)設(shè)備合二為一，簡(jiǎn)化了供電和設(shè)備的管理，縮小了掘進(jìn)生產(chǎn)的活動(dòng)場(chǎng)地，為安全生產(chǎn)提供了更優(yōu)的條件。

掘錨機(jī)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)掘進(jìn)與錨護(hù)同步作業(yè)，但是不能實(shí)現(xiàn)頂、幫同時(shí)支護(hù)。如果加大頂錨桿機(jī)與幫錨桿機(jī)之間的距離或者在機(jī)身后兩側(cè)再加兩臺(tái)錨桿機(jī)，實(shí)現(xiàn)頂錨、幫錨的同步支護(hù)，就能消除掘、支時(shí)間差距，從而提高掘進(jìn)效率。

7 結(jié)語

據(jù)上所述，從生產(chǎn)安全、掘進(jìn)效率和成本管理上綜合分析，布爾臺(tái)煤礦掘進(jìn)生產(chǎn)選用掘錨機(jī)較選用其他掘進(jìn)設(shè)備更為安全、高效。預(yù)期可在3年內(nèi)轉(zhuǎn)變采掘接續(xù)緊張問題，同時(shí)，現(xiàn)役的6支掘進(jìn)隊(duì)伍減少至4支也能滿足生產(chǎn)需求，結(jié)合現(xiàn)有配套設(shè)備，通過精益管理方法合理安排生產(chǎn)組織、技能培訓(xùn)等方面的工作，達(dá)到“人—機(jī)—環(huán)—管”和諧統(tǒng)一，從而保障采、掘平衡，實(shí)現(xiàn)礦井可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]《布爾臺(tái)礦煤田勘探報(bào)告》附表四.

[2]《煤礦安全規(guī)程》專家解讀井工部分——中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社發(fā).

[3]《布爾臺(tái)礦煤生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)報(bào)表》.endprint