煤巷掘錨一體機(jī)化快速掘進(jìn)技術(shù)與應(yīng)用分析

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【摘? 要】煤巷掘錨一體機(jī)化的快速掘進(jìn)技術(shù)和應(yīng)用問(wèn)題受到社會(huì)各界的關(guān)注與重視。掘錨一體機(jī)就是將掘進(jìn)和支護(hù)結(jié)合起來(lái)，在一個(gè)機(jī)器上同時(shí)完成割煤和頂幫錨網(wǎng)支護(hù)，具有掘錨平行作業(yè)、單個(gè)循環(huán)進(jìn)尺占用時(shí)間少等特點(diǎn)。盡管我國(guó)已經(jīng)擁有了很多的液壓錨桿鉆機(jī)與掘進(jìn)機(jī)的一體化技術(shù)，但是這些技術(shù)都還不夠成熟，因此，本文主要對(duì)掘錨一體技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述。

【關(guān)鍵詞】掘錨一體化技術(shù);煤巷錨桿機(jī);快速掘進(jìn)技術(shù)

引言

近年來(lái)煤礦掘進(jìn)的發(fā)展越來(lái)越快，煤礦錨桿支護(hù)通常采用的都是氣動(dòng)支腿式錨桿鉆機(jī)，氣動(dòng)支腿式錨桿鉆機(jī)支護(hù)在整個(gè)掘進(jìn)過(guò)程中所用的時(shí)間最長(zhǎng)，所以選擇最佳的錨桿支護(hù)方式可以很大程度地提高煤巷掘進(jìn)的效率。掘錨一體化技術(shù)不僅可以提高錨桿預(yù)緊力，而且還可以適當(dāng)?shù)亟档蛽隙葟?qiáng)度和錨桿支護(hù)的密度，該技術(shù)是未來(lái)煤礦巷道掘進(jìn)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1.當(dāng)前我國(guó)掘錨一體技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀

我國(guó)的錨桿支護(hù)技術(shù)相比于國(guó)外而言，起步晚了十年左右，我國(guó)是在20世紀(jì)50年代才將錨桿支護(hù)技術(shù)引入到巷道圍巖中，錨桿支護(hù)技術(shù)在20世紀(jì)70年代才開始正式地發(fā)展，我國(guó)當(dāng)前的巷道錨桿支護(hù)主要采用的工具是氣動(dòng)支腿式錨桿鉆機(jī)。我國(guó)煤礦使用的典型掘錨一體機(jī)的形式主要有以下四種。

1.1單臂式掘錨一體機(jī)

單臂式掘錨一體機(jī)結(jié)構(gòu)內(nèi)部只安裝了一臺(tái)液壓錨桿鉆機(jī)。單臂式掘錨一體機(jī)不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作，而且故障點(diǎn)也比較少，但是這種形式的掘錨一體機(jī)的效率極低，因?yàn)檫@種掘錨一體機(jī)在進(jìn)行掘錨作業(yè)的時(shí)候只有一臺(tái)液壓錨桿鉆機(jī)，導(dǎo)致其工作效率遠(yuǎn)低于當(dāng)前的氣動(dòng)支腿式錨桿鉆機(jī)，所以單臂式掘錨一體機(jī)很難被普及到巷道錨桿支護(hù)作業(yè)中，因此施工單位通常在掘錨作業(yè)時(shí)基本上都不會(huì)選擇這種形式的掘錨一體機(jī)。

1.2截割部?jī)蓚?cè)分別安裝一臺(tái)液壓錨桿鉆機(jī)

第二種形式的掘錨一體機(jī)是在截割部?jī)蓚?cè)都安置了一臺(tái)液壓錨桿鉆機(jī)。這種形式的掘錨一體機(jī)的工作原理是先利用截割部的擺動(dòng)找到錨桿機(jī)的位置，然后再在截割部的上側(cè)安裝一個(gè)臨時(shí)支護(hù)裝置，這樣掘錨一體機(jī)在掘錨支護(hù)的時(shí)候就會(huì)將臨時(shí)支護(hù)裝置頂在頂板上。由于雙臂式掘錨一體機(jī)必須在工作人員位于截割部附近的時(shí)候才能進(jìn)行錨桿支護(hù)，所以會(huì)對(duì)工作人員的人身安全造成極大地威脅，最終導(dǎo)致雙臂式掘錨一體機(jī)也不能被廣泛應(yīng)用到巷道錨桿支護(hù)作業(yè)中。

2.掘錨一體機(jī)的技術(shù)要求

2.1安全方面的技術(shù)要求

考慮掘錨一體機(jī)安全問(wèn)題的時(shí)候需要注意以下三個(gè)方面：

（1）掘錨一體機(jī)在進(jìn)行錨桿支護(hù)的時(shí)候只能運(yùn)行泵站電機(jī)，必須停止其他所有的功能;（2）科學(xué)、合理的設(shè)置工作人員掘錨的位置，切忌裸露在掘錨一體機(jī)的前端，借助掘錨一體機(jī)本身對(duì)工作人員進(jìn)行保護(hù);（3）保證臨時(shí)支護(hù)功能不會(huì)受到影響，避免冒頂?shù)默F(xiàn)象發(fā)生。

2.2效率方面的技術(shù)要求

掘錨一體機(jī)至少要有兩臺(tái)液壓錨桿鉆機(jī)才能保證掘進(jìn)的效率不會(huì)太低。目前我國(guó)的煤礦錨桿支護(hù)作業(yè)中采用的氣動(dòng)支腿式錨桿機(jī)都會(huì)選擇2至4臺(tái)液壓錨桿機(jī)，這不僅可以有效地提高掘進(jìn)機(jī)的工作效率，而且還可以提高掘錨一體機(jī)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。一臺(tái)掘錨一體機(jī)安裝2至3臺(tái)液壓錨桿機(jī)是最合理的，因?yàn)?至3臺(tái)液壓錨桿機(jī)既能保證巷道的尺寸不會(huì)全部被掘錨一體機(jī)占用，而且也不會(huì)影響液壓錨桿機(jī)的布置。

其次，液壓錨桿機(jī)應(yīng)該選擇大扭轉(zhuǎn)類型。如果錨桿支護(hù)的頂板的強(qiáng)度較大，采用大扭轉(zhuǎn)液壓錨桿機(jī)可以更順利的完成錨桿支護(hù)作業(yè)。如果錨桿支護(hù)時(shí)所使用的錨桿的強(qiáng)度較高，采用大扭轉(zhuǎn)液壓錨桿機(jī)不僅可以為錨桿支護(hù)提供足夠的預(yù)緊力，而且還可以相應(yīng)地降低錨桿支護(hù)的密度，最終使掘錨一體機(jī)的工作效率大幅度地提高。

2.3適應(yīng)性方面的技術(shù)要求

最后掘錨一體機(jī)還需要考慮其適應(yīng)性，考慮適應(yīng)性的時(shí)候注意以下四個(gè)方面：

（1）掘錨一體機(jī)需要適應(yīng)巷道尺寸在一定范圍內(nèi)發(fā)生波動(dòng);（2）將掘錨一體機(jī)安置在掘進(jìn)機(jī)和巷道間，同時(shí)還需要考慮錨桿和錨索外露的部分，此外還要保證工作人員不會(huì)干涉掘進(jìn)機(jī)本身的當(dāng)作;（3）保證工作人員的視線不會(huì)受到掘進(jìn)機(jī)的影響，保證掘進(jìn)機(jī)能夠正常的運(yùn)行;（4）掘錨一體機(jī)的控制方面應(yīng)該以手動(dòng)控制為主，雖然井下遙控控制在掘錨一體機(jī)控制方面已經(jīng)得到了一定的應(yīng)用，但是遙控器的信號(hào)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定且操作不靈活的現(xiàn)象。

2.4案例分析

（1）工程概況。試驗(yàn)地點(diǎn)為金莊煤礦8404工作面2404運(yùn)輸巷，8404工作面為金莊煤礦北四盤區(qū)的首采工作面，2404運(yùn)輸巷沿3-5號(hào)煤層底板掘進(jìn)，巷道寬5.5m，高3.6m，掘進(jìn)斷面積為19.8m2。巷道長(zhǎng)度為4175m，埋深約300m。

（2）現(xiàn)場(chǎng)對(duì)快速掘進(jìn)工藝的優(yōu)化。為了加快掘進(jìn)速度，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的掘進(jìn)、支護(hù)工藝及系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。①②根據(jù)掘錨機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出頂板和幫部錨桿空間不成排的支護(hù)體系;掘錨機(jī)正規(guī)循環(huán)作業(yè)時(shí)，循環(huán)進(jìn)尺為1000mm，設(shè)計(jì)的錨桿排距為1000mm，但是頂錨桿機(jī)和幫錨桿機(jī)的固定間距為1300mm，這樣頂錨桿和幫錨桿難以實(shí)現(xiàn)一次對(duì)齊?，F(xiàn)場(chǎng)施工中再進(jìn)一個(gè)循環(huán)進(jìn)尺1000mm，此時(shí)幫錨桿滯后3排頂錨桿（2m），然后退機(jī)組，后退距離為700mm，開始滯后第3排的幫錨桿的施工，實(shí)現(xiàn)了頂部和幫部錨桿的對(duì)齊成排。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，退機(jī)組這道工序時(shí)間大約為9min，如果把這道工序省略，使幫部錨桿空間上滯后頂部錨桿300mm，這樣幫錨桿可以緊跟頂錨桿施工，僅滯后頂錨桿一排，可以實(shí)現(xiàn)幫部的及時(shí)支護(hù)，有助于防止片幫發(fā)生。為了對(duì)比頂幫錨桿對(duì)齊和頂幫錨桿相差300mm的支護(hù)應(yīng)力場(chǎng)分布，使用FLAC3D軟件進(jìn)行模擬。在對(duì)齊情況下的最大主應(yīng)力為0.0354MPa，在相差300 mm情況下的最大主應(yīng)力為0.0343 MPa，產(chǎn)生的原因?yàn)閷?duì)齊情況下幫部錨桿的應(yīng)力場(chǎng)會(huì)和頂部錨桿的應(yīng)力場(chǎng)產(chǎn)生疊加，疊加后的強(qiáng)度略大，但對(duì)整體的影響不大。通過(guò)分析，由于掘錨機(jī)自身結(jié)構(gòu)的原因，幫錨桿機(jī)與頂錨桿機(jī)相差1300mm。如果頂幫錨桿相差300 mm，不僅可以省去退機(jī)組工序，實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn);還可以在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對(duì)幫部實(shí)現(xiàn)及時(shí)支護(hù)。②對(duì)現(xiàn)有操作工序進(jìn)行了優(yōu)化。從現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)操作工序時(shí)間來(lái)看，割煤需要7.8 min，升頂梁、鋪?lái)斁W(wǎng)需要5.2 min，頂板支護(hù)需要23.2 min，幫部支護(hù)需要9.0 min，共需要45.2 min。最耗時(shí)的工序?yàn)橹ёo(hù)，發(fā)現(xiàn)其中的主要原因是頂、幫錨桿機(jī)的銜接不當(dāng)，可利用頂板孔錨固劑固化時(shí)間，進(jìn)行幫部鉆孔的施工，通過(guò)緊密銜接作業(yè)后，可減少其中一個(gè)鉆孔的時(shí)間。為減小頂板支護(hù)與割煤時(shí)間差，應(yīng)選擇高強(qiáng)度（500 MPa）錨桿，實(shí)現(xiàn)高預(yù)緊力（300 Nm）錨桿支護(hù)，以降低間排距，充分發(fā)揮掘錨機(jī)的割煤速度快、支護(hù)較慢的性能優(yōu)勢(shì)。

通過(guò)構(gòu)建連續(xù)的"掘—支—運(yùn)"系統(tǒng)、提出頂板和幫部錨桿空間不成排的支護(hù)體系、改進(jìn)支護(hù)材料、優(yōu)化操作工序，從而整體提升了掘進(jìn)速度。通過(guò)采用高強(qiáng)度錨桿、高預(yù)緊力短錨索技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了特厚煤層的快速高效支護(hù)。

3.結(jié)束語(yǔ)

掘錨一體機(jī)的發(fā)展不僅對(duì)掘進(jìn)工藝的要求十分嚴(yán)格，而且還需要不斷地改進(jìn)掘進(jìn)機(jī)。井下遙控技術(shù)的不斷完善和電液比例控制的普及使得遙控控制在掘錨一體機(jī)控制方面發(fā)揮的作用更加明顯。在掘錨一體機(jī)的控制方面，科學(xué)、合理的利用智能控制技術(shù)既能有效的提高掘錨一體機(jī)的自動(dòng)化程度，也能適當(dāng)?shù)丶涌戾^桿支護(hù)作業(yè)的速度。液壓錨桿鉆機(jī)是整個(gè)掘錨一體機(jī)的核心部分，所以需要高度重視液壓錨桿鉆機(jī)技術(shù)的發(fā)展。

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