煤礦井下快速掘進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用研究

孟小朋

（山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司成莊礦， 山西 晉城 048021）

引言

隨著煤礦井下綜采作業(yè)裝備自動(dòng)化程度的不斷提升，煤礦井下突出的矛盾已經(jīng)轉(zhuǎn)化為快速提升的綜采效率與低效的掘進(jìn)技術(shù)之間的矛盾。因此，迫切需要對(duì)目前掘進(jìn)技術(shù)瓶頸進(jìn)行分析，對(duì)掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行合理優(yōu)化，降低每個(gè)工序之間的銜接時(shí)間以及施工時(shí)間，有效提升井下巷道掘進(jìn)效率和安全性。由于井下巷道的掘進(jìn)作業(yè)是一項(xiàng)綜合性的施工工藝方案，主要包括了巷道掘進(jìn)、巷道頂板的支護(hù)等，因此本文所提到的煤礦井下快速掘進(jìn)技術(shù)方案主要從提升機(jī)械化掘進(jìn)速度、優(yōu)化巷道頂板支護(hù)結(jié)構(gòu)、降低支護(hù)難度等方面出發(fā)，合理利用技術(shù)、管理等手段，提升井下巷道掘進(jìn)效率和安全性。應(yīng)用表明，該方案能夠?qū)⒕孪锏谰蜻M(jìn)效率提升17%以上，將巷道支護(hù)周期降低21%以上，具有較大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 影響煤礦井下巷道快速成型的因素

影響煤礦井下的綜采作業(yè)效率的因素具有多樣性，除了綜采作業(yè)人員的因素之外，主要受地質(zhì)因素、支護(hù)因素和設(shè)備因素三個(gè)方面的影響[1]。

地質(zhì)因素主要是指井下巷道頂板穩(wěn)定性差、頂板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度弱，導(dǎo)致難以形成穩(wěn)定的支護(hù)體系，同時(shí)當(dāng)巷道頂板尺寸過(guò)高時(shí)會(huì)導(dǎo)致掘錨機(jī)和錨桿鉆機(jī)等設(shè)備尺寸不足，掘進(jìn)作業(yè)后形成一個(gè)較大的空頂，臨時(shí)支護(hù)時(shí)存在極大的施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響了支護(hù)作業(yè)的時(shí)間。

支護(hù)因素主要是指由于支護(hù)過(guò)程中的底板幫錨桿的位置和掘錨機(jī)行走機(jī)構(gòu)的高度一致，因此導(dǎo)致在支護(hù)作業(yè)過(guò)程中作業(yè)人員必須對(duì)支護(hù)錨桿的底板進(jìn)行補(bǔ)打作業(yè)，受空間限制，補(bǔ)打作業(yè)只能逐個(gè)進(jìn)行，因此嚴(yán)重限制了井下巷道頂板的支護(hù)作業(yè)效率。

設(shè)備因素主要是指在井下支護(hù)作業(yè)時(shí)只能通過(guò)人工轉(zhuǎn)運(yùn)支護(hù)材料的方式進(jìn)行，作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度極大，難以進(jìn)一步提升支護(hù)效率，最好的方案是制作簡(jiǎn)易運(yùn)輸設(shè)備，輔助支護(hù)材料搬運(yùn)，同時(shí)優(yōu)化支護(hù)方式，減少支護(hù)材料。

2 臨時(shí)前探支護(hù)設(shè)備的改進(jìn)

目前煤礦井下的迎頭支護(hù)多采用橫梁支護(hù)及竄管前探梁支護(hù)這兩種方式[2]，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中均存在支護(hù)效率低下且穩(wěn)定性差的難題。因此本文提出了臨時(shí)前探支護(hù)的改進(jìn)方案，該方案主要是指在礦井掘進(jìn)機(jī)的機(jī)體上設(shè)置一個(gè)頂板防護(hù)棚，在錨護(hù)作業(yè)的過(guò)程中形成一個(gè)穩(wěn)定的臨時(shí)通道，防止作業(yè)過(guò)程中頂板冒落，確保井下支護(hù)作業(yè)的效率和穩(wěn)定性，該臨時(shí)前探支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1 所示[3]。

圖1 臨時(shí)前探支護(hù)示意圖

由圖1 可知，該臨時(shí)前探支護(hù)結(jié)構(gòu)主要包括頂板、支護(hù)體、支護(hù)液壓缸及支地油缸等。為了確保工作的穩(wěn)定性，在液壓缸連接的地方均采用了銷接結(jié)構(gòu)，確保工作時(shí)的調(diào)整靈活性，其他地方的連接采用防松螺栓連接，臨時(shí)支護(hù)體和掘錨機(jī)的固定，采用螺栓固定到鏟板的兩側(cè)位置，臨時(shí)支護(hù)體的長(zhǎng)度為3.9m，寬度為0.8 m，總的護(hù)定面積可達(dá)3.12 m2，支護(hù)強(qiáng)度可達(dá)20 000 Pa。該臨時(shí)前探支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠覆蓋整個(gè)錨機(jī)頂部，因此實(shí)際使用過(guò)程中無(wú)需退機(jī)就能形成一個(gè)安全的作業(yè)空間，確保作業(yè)人員安全，降低了設(shè)置防護(hù)棚的時(shí)間，提升了工作效率和安全性。同時(shí)該結(jié)構(gòu)采用了分體式頂棚的結(jié)構(gòu)，能夠適應(yīng)井下復(fù)雜的巷道地理環(huán)境，具有很高的靈活性。

3 自動(dòng)托送網(wǎng)機(jī)構(gòu)的設(shè)置

傳統(tǒng)的支護(hù)方案中對(duì)巷道頂板的支護(hù)需要由工人托舉鋼網(wǎng)設(shè)置鋼帶，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度極大而且支護(hù)效率低，連接穩(wěn)定性差，本文提出了一種新的自動(dòng)托送網(wǎng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)主要包括支架組件、滑道、送網(wǎng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、拖網(wǎng)機(jī)構(gòu)等，該送網(wǎng)機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)如圖2 所示[4]。

圖2 自動(dòng)托送網(wǎng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖2 可知，該自動(dòng)送拖網(wǎng)機(jī)構(gòu)中，滑道和支架通過(guò)鉸鏈連接，機(jī)架的后側(cè)放置在支架組件后側(cè)的支撐架上，利用絲桿機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)滑道位置的精確調(diào)整，拖網(wǎng)架通過(guò)導(dǎo)向桿和左右滑道的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接，通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行滿足自動(dòng)托送網(wǎng)。在進(jìn)行支護(hù)作業(yè)時(shí)作業(yè)人員將金屬護(hù)網(wǎng)和鋼扎帶按要求放置到拖網(wǎng)架上，由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)處的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)齒輪運(yùn)動(dòng)，將金屬護(hù)網(wǎng)和鋼扎帶拖動(dòng)到指定位置，最終在拖網(wǎng)機(jī)構(gòu)頂起拖網(wǎng)架后進(jìn)行支護(hù)作業(yè)。

該自動(dòng)托送網(wǎng)機(jī)構(gòu)能夠?qū)⒔饘僮o(hù)網(wǎng)自動(dòng)托舉到支護(hù)錨位，有效降低了支護(hù)作業(yè)人員的工作強(qiáng)度，提升了支護(hù)效率，而且該拖網(wǎng)機(jī)構(gòu)的定位均采用接近開(kāi)關(guān)來(lái)控制，顯著提升了錨位的定位精度，實(shí)際的定位精度可達(dá)±5 mm，同時(shí)將支護(hù)時(shí)的一次到位率提升到97%以上。

4 結(jié)論

針對(duì)傳統(tǒng)掘進(jìn)支護(hù)時(shí)所存在的底部支護(hù)死角大、頂部支護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低下的難題，本文提出了一種新的快速掘進(jìn)及支護(hù)方案，通過(guò)對(duì)前探支護(hù)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)置自動(dòng)托送網(wǎng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了煤礦井下快速掘進(jìn)效率的提升，根據(jù)分析表明：

1）影響煤礦井下的綜采作業(yè)效率的因素主要包括地質(zhì)因素、支護(hù)因素和設(shè)備因素三個(gè)方面；

2）臨時(shí)前探支護(hù)的方案，是在礦井掘進(jìn)機(jī)的機(jī)體上設(shè)置一個(gè)頂板防護(hù)棚，在錨護(hù)作業(yè)的過(guò)程中形成一個(gè)穩(wěn)定的臨時(shí)通道，防止作業(yè)過(guò)程中頂板的冒落，確保井下支護(hù)作業(yè)的效率和穩(wěn)定性；

3）自動(dòng)托送網(wǎng)機(jī)構(gòu)實(shí)際的定位精度可達(dá)±5 mm，同時(shí)能將支護(hù)時(shí)的一次到位率提升到97%以上；

4）采用前探支護(hù)設(shè)備和增加自動(dòng)托送網(wǎng)機(jī)構(gòu)的方案能夠?qū)⒕孪锏谰蜻M(jìn)效率提升17%以上，將巷道支護(hù)周期降低21%以上，對(duì)提升井下支護(hù)效率的精度具有十分重要的意義。