掘錨探一體機(jī)在大斷面巷道掘進(jìn)中的應(yīng)用

（汾西礦業(yè)集團(tuán)水峪煤業(yè) 山西 032300）

當(dāng)前我國煤礦開采工作的發(fā)展速度不斷加快，為社會生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ钐峁┝舜罅康拿禾抠Y源，推動著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速向前發(fā)展。現(xiàn)階段，我國很多煤礦開采工作單位，在煤礦巷道開采工作中，采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)配合錨桿鉆機(jī)進(jìn)行煤礦巷道掘進(jìn)工作，這種傳統(tǒng)的煤礦巷道開采工作方式，存在的主要問題表現(xiàn)在綜掘機(jī)設(shè)備開進(jìn)開出非常頻繁，并且開機(jī)率偏低，錨桿鉆機(jī)主要通過人工來進(jìn)行搬動，整個掘進(jìn)和支護(hù)工作消耗的時間較長，同時人力資源投入量較大，因此，整個煤礦巷道的掘進(jìn)工作效率和安全性有所不足。為了有效適應(yīng)我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展趨勢，通過新型的掘錨探一體機(jī)設(shè)備應(yīng)用，在我國一些大斷面煤礦巷道掘進(jìn)工作中應(yīng)用效果非常明顯，全面提高了煤礦巷道的掘進(jìn)工作效率和質(zhì)量，同時在整個工作安全性和經(jīng)濟(jì)性上有了充分的保證。

1.工程概況

針對我國某地區(qū)一處生產(chǎn)能力為240t/a煤礦開采工作面展開了分析和研究，該煤礦開采工作面屬于大斷面巷道結(jié)構(gòu)，屬于瓦斯礦井。煤礦巷道內(nèi)部平均煤層厚度為5.08m，煤層結(jié)構(gòu)構(gòu)成比較簡單，其中包含了0～3層的煤矸石煤層厚度平均且穩(wěn)定，全部井田范圍內(nèi)含有大量可開采穩(wěn)定煤炭資源。煤層頂板當(dāng)中大多是以中細(xì)顆粒砂巖，局部為泥沙砂質(zhì)，泥巖底板為泥巖，砂質(zhì)泥巖局部區(qū)域為細(xì)砂巖，整個地質(zhì)條件構(gòu)成比較簡單，水文地質(zhì)條件穩(wěn)定。針對該煤礦開采工作面掘進(jìn)工作過程中，對掘錨探一體機(jī)設(shè)備的使用進(jìn)行了全面探索，通過掘錨探一體機(jī)設(shè)備的運用，全面提高大斷面煤礦巷道的掘進(jìn)和支護(hù)工作效率，支護(hù)工作方式上主要是錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)形式[1]。

2.煤礦巷道支護(hù)工作方式

在該煤礦巷道的支護(hù)方式上采用的是上部凈寬度4800mm，下部凈寬度6000mm，煤礦巷道的總高度為3500mm，屬于一種梯形斷面結(jié)構(gòu)，巷道斷面面積大小為18.5m2，屬于大斷面巷道。在本次巷道的交叉點斷層結(jié)構(gòu)和圍巖的破碎帶等特殊位置，通過在原有的支護(hù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上，使用錨索支護(hù)方法設(shè)定出單體支柱。通過使用錨架聯(lián)合支護(hù)支撐的方法來加以保障。

圖1 煤礦巷道支護(hù)工作方式

在頂板支護(hù)工作中，通過使用錨桿錨索組合支護(hù)方式，每一排布置出7根螺紋鋼，錨桿和錨索間排距離為7500mm×900mm支護(hù)錨桿規(guī)格為22mm×2400mm，與150mm×150mm×10mm的拱形托盤來配合運用。錨索設(shè)計方法屬于交替設(shè)計，在煤礦巷道的左側(cè)區(qū)域依次進(jìn)行排序，在錨索的第3個、第5個，以及錨桿孔洞內(nèi)部第1個和第7個錨桿進(jìn)行交替設(shè)置，配合使用250mm×250mm×20mm專用拱形托板。如圖1所示，網(wǎng)片材料使用的是5600mm×1150mm的菱形網(wǎng)結(jié)構(gòu)，鋼帶使用的是梯形鋼帶頂部錨桿預(yù)緊力距小于150mm，同時錨索在工作過程中的預(yù)應(yīng)力大小不能小于98kN。通過煤礦巷道的支護(hù)工作方式，可以看出巷道的高度相對較高，錨桿和錨索的支護(hù)密度較大，通過使用普通錨桿的鉆機(jī)，在整體的施工難度上相對較大，整個工程施工效率較低。由于巷道斷面結(jié)構(gòu)為梯形斷面，錨桿的施工角度把控存在較大的難度，普通的錨桿鉆機(jī)施工效果不佳，通過現(xiàn)場工作勘測選擇掘錨探一體機(jī)設(shè)備，在該巷道掘進(jìn)工作當(dāng)中加以應(yīng)用，全面提高巷道決定工作的整體質(zhì)量和效果。

3.掘錨探一體機(jī)設(shè)備在大斷面巷道掘進(jìn)工作中的具體應(yīng)用

通過掘錨探一體機(jī)設(shè)備的有效使用，在大斷面巷道掘進(jìn)工作中可以實現(xiàn)煤體截割、巷道臨時支護(hù)、巷道永久支護(hù)以及煤炭資源運輸?shù)雀黜椆ぷ?，充分保證整個巷道掘進(jìn)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性，全面提高錨桿支護(hù)工作的整體效率，同時在整個支護(hù)工作效果更加明顯節(jié)省了大量錨桿支護(hù)材料。在本次巷道掘進(jìn)工作當(dāng)中，使用的是EBZ200M-4掘錨探一體機(jī)設(shè)備來進(jìn)行截煤和裝煤，并且配套使用DSJ-80帶式運輸機(jī)，對截割完成之后的煤炭進(jìn)行運輸。通過使用MJXY250/600E型錨桿鉆機(jī)設(shè)備，對煤礦巷道的頂部進(jìn)行支護(hù)和處理，通過使用手持式幫錨鉆機(jī)設(shè)備，對底角部分進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)施工。在具體的施工過程中，主要施工流程分為以下幾個方面：

第一，截割煤體。根據(jù)煤礦巷道掘進(jìn)工作要求，對巷道的整體輪廓進(jìn)行分析，一次截割2倍左右的錨桿間距，截割工作完成之后需要對鏟板位置存在的浮煤進(jìn)行徹底清理。掘錨探一體機(jī)設(shè)備在煤礦巷道中心位置處停機(jī)，截割部分的巷道中心位置和迎頭間距大小為500mm左右。

第二，臨時支護(hù)施工。如圖2所示，在煤礦巷道表壁位置，通過人工吊掛防護(hù)網(wǎng)，同時在漏頂板位置設(shè)置出菱形網(wǎng)。通過啟動機(jī)載式臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)，合理使用掘錨探一體機(jī)設(shè)備，液壓泵對其進(jìn)行供油工作通過操作換向閥，可以有效保證液壓油直接進(jìn)入到分流集流閥內(nèi)部。通過平衡閥和支撐油缸以及折疊油缸的作用，推動升降油缸內(nèi)力柱不斷升高。通過調(diào)節(jié)三組油缸保證頂架調(diào)整到正常的工作高度和角度，當(dāng)達(dá)到頂架錨網(wǎng)和頂板吻合之后停止施工。

圖2 臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)

第三，永久支護(hù)施工。主要指的是錨桿錨索支護(hù)工作，根據(jù)支護(hù)設(shè)計工作方案在煤礦巷道內(nèi)部設(shè)置出錨桿鉆孔。錨桿鉆機(jī)設(shè)備需要準(zhǔn)確找到錨桿的正確安裝位置，鉆孔工作完成之后需要向其中放入樹脂藥卷，對錨桿和錨索進(jìn)行安裝。通過操作換向閥保證兩側(cè)的鉆錨滑軌向前伸出。在操作工作之前需要保證前部錨桿斷機(jī)換向閥，完成對整個鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)和定位，同時頂部錨桿和錨索可以使用后部的錨桿鉆機(jī)來進(jìn)行施工和安裝。

4.掘錨探一體機(jī)設(shè)備在大斷面巷道掘進(jìn)工作中的應(yīng)用效果

(1)現(xiàn)場施工效果分析

掘錨探一體機(jī)設(shè)備在2019年3月，正式在該工作面巷道內(nèi)部組裝完成，并且經(jīng)過工作人員到反復(fù)實驗調(diào)試，在3月10日正式開始工作。單根錨桿的作業(yè)時間為4min，單根錨索的施工作業(yè)時間為12min。相比于普通的鉆機(jī)而言，錨桿錨索的整體施工效率分別提高了20%和50%，同時最大的進(jìn)尺量為6.5m，煤礦巷道的掘進(jìn)工作效率提升了30%。通過掘錨探一體機(jī)設(shè)備的有效應(yīng)用，大大降低了人力資源的投入量，在煤礦工作面內(nèi)部由原本的6個工作人員減少到4個工作人員，大大降低了人工成本的投入量，同時降低了工作人員的勞動強度，也控制了工作面內(nèi)部的粉塵濃度。

(2)巷道支護(hù)效果

煤礦巷道支護(hù)工作效果分析，通過使用十字?jǐn)嗝鏈y量法，對錨管支護(hù)工作之后的巷道表面位移情況進(jìn)行了全面監(jiān)測和分析，實際的監(jiān)測工作結(jié)果，如圖3所示。通過圖3當(dāng)中的數(shù)據(jù)分析可以看出，隨著煤礦巷道掘進(jìn)工作面的不斷向前推移，煤礦巷道頂板的下沉量和兩邊的收縮量整體呈先急劇上漲后緩慢增長，最后趨于平穩(wěn)的發(fā)展態(tài)勢，距離掘進(jìn)工作面30m，工作范圍之內(nèi)，屬于煤礦巷道圍巖頂板變化最為明顯的階段，同時頂板和煤幫的位移斜率相對較大，距離掘進(jìn)工作面30～120m范圍內(nèi)，屬于巷道圍巖緩慢變形階段，頂板兩邊的位移變化量相對較小，通行量分別為35mm和50mm。

圖3 巷道表面位移監(jiān)測

通過在煤礦巷道頂板位置設(shè)置出兩個錨桿測力計設(shè)備，用于對錨桿的預(yù)應(yīng)力大小進(jìn)行監(jiān)測。通過實際監(jiān)測工作結(jié)果分析可以看出，錨桿的運力變化規(guī)律和煤礦巷道表面的位移變化規(guī)律盡量保持相同，同樣屬于先急劇上升后緩慢增加的發(fā)展趨勢。機(jī)載式錨桿鉆機(jī)具有更大的輸出扭距，可以為錨桿提供出強大的支撐力，支撐力大小可以達(dá)到60kN以上，當(dāng)煤礦巷道產(chǎn)生變形問題時，錨桿的加固作用可以對煤礦巷道的變形起到有效的約束效果，錨桿的最終預(yù)緊力大小可以保證在90kN左右。通過煤礦巷道表面位移和錨桿預(yù)緊力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可以得出，掘錨探一體機(jī)設(shè)備在使用工作完成之后巷道整體的變形量較小，整體的支護(hù)效果非常明顯，相比于原有的支護(hù)方法整體的穩(wěn)定性大大提升，可以有效滿足煤礦巷道的安全回采工作要求。

5.結(jié)語

綜上所述，掘錨探一體機(jī)設(shè)備在大斷面巷道掘進(jìn)工作當(dāng)中的有效應(yīng)用，全面提高了煤礦巷道掘進(jìn)工作的整體效率和安全性，同時在整個斷面支護(hù)材料費用方面，也得到了全面控制，降低了不必要的人力資源投入量，實現(xiàn)煤礦開采工作單位的良好經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。