長平煤礦軟煤層條件下的掘錨一體機改造分析

潘李步，秦冬冬，杜 可

（山西省晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉城煤炭事業(yè)部長平煤業(yè)公司，山西 晉城048411）

1 礦井概況

長平3號煤具有“三高、三軟、三多、一差”的特征，即高瓦斯含量、高瓦斯壓力、高地應(yīng)力；煤層軟、頂板軟、底板軟；斷層多、陷落柱多、煤系地層含水層多；煤層透氣性差。

開采區(qū)埋深超過700 m，局部接近800 m。瓦斯含量隨埋深逐漸增加，受泮溝南向斜、斷層、陷落柱影響大，五盤區(qū)8～20 m3/t，六盤區(qū)東部7.5～11 m3/t。

試驗的五盤區(qū)膠帶機巷煤層埋深720 m，原始瓦斯含量15 m3/t。掘進(jìn)期間殘余瓦斯含量為7.2 m3/t。工作面采用2×55 kW局部通風(fēng)機壓入式通風(fēng)，風(fēng)量850 m3/min，工作面甲烷濃度0.3%～0.4%，回風(fēng)甲烷濃度0.4%～0.5%，瓦斯涌出量3.4～4.25 m3/min。圖1為長平礦煤層及地表標(biāo)高變化趨勢圖。

圖1 長平礦煤層及地表標(biāo)高變化趨勢

2 抽掘模式

長平煤礦堅持大巷開拓和瓦斯治理先行理念，通過底抽巷+穿層鉆孔的超前預(yù)抽，掩護(hù)煤巷快速掘進(jìn)。

五盤區(qū)大巷為“四煤兩巖”6條大巷布置，五盤區(qū)輔運巷、五盤區(qū)排矸巷這2條底抽巷已按照規(guī)劃于2019年11月掘進(jìn)到位，實現(xiàn)了盤區(qū)大巷超前預(yù)抽和快速開拓，同時也為五盤區(qū)南北翼工作面底抽巷超前施工開辟了戰(zhàn)場。按照采掘接續(xù)計劃，2020年底五盤區(qū)大巷工程全部結(jié)束。

五盤區(qū)2條大巷底抽巷穿層鉆孔和水力沖孔鉆孔已全部結(jié)束，抽采時間在8-11個月，圖2為五盤區(qū)大巷“兩巖四煤”抽采鉆孔布置剖面圖，圖3為底抽巷水力沖孔鉆孔布置及工藝圖。

圖2 五盤區(qū)大巷“兩巖四煤”抽采鉆孔布置剖面圖

圖3 底抽巷水力沖孔鉆孔布置及工藝圖

3 掘錨一體機改造情況

3.1 改造背景

目前，長平公司掘進(jìn)工作面主要分為3號煤巷和底抽巷2類，采用了2種不同的掘進(jìn)生產(chǎn)作業(yè)線。其中煤巷采用了EBZ150(160）掘進(jìn)機+CMM2-15(20）鉆車；底抽巷采用了EBZ200(260)+180 N·m液鉆，2種掘進(jìn)生產(chǎn)作業(yè)線主要存在：①工作面設(shè)備多；②機械化程度不高；③工作勞動強度大；④設(shè)備管理難度大；⑤作業(yè)工序不連續(xù)等缺點，距離長平公司“快掘”的目標(biāo)有較大差距。

基于以上現(xiàn)狀，在集團(tuán)公司的大力支持下，在生產(chǎn)處、機電處、技術(shù)研究院以及天巨重工的幫助下，長平公司積極落實、加快推進(jìn)，抽調(diào)專人進(jìn)行攻關(guān)，在多方調(diào)研和數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有的EBZ160綜掘機進(jìn)行了升級改造，實現(xiàn)了掘、錨二合一的快速掘進(jìn)裝備，初步達(dá)到了煤巷掘進(jìn)“安全、達(dá)標(biāo)、高效、文明”四方面的變化。

3.2 主要改造內(nèi)容

圖4 為掘錨一體機改造結(jié)構(gòu)圖，其改造內(nèi)容主要為：增加2臺前鉆臂；改造鏟板部（改造前2.8 m，改造后3.2 m）；配置電液比例控制閥實現(xiàn)了無線遙控技術(shù)（遙控距離可達(dá)50 m）；新增了移動式鉆臂操作平臺和機載式臨時支護(hù)平臺；設(shè)計面板切換閥實現(xiàn)截割系統(tǒng)和錨鉆系統(tǒng)的功能互鎖；增加2臺后鉆臂。

圖4 掘錨一體機改造結(jié)構(gòu)圖

3.3 試驗情況

從2月20日開始，EBZ160M-4掘錨一體機在膠帶機巷進(jìn)行了工業(yè)試驗，截止目前，已經(jīng)累計試驗3個月，單班最高進(jìn)尺5 m，日最高進(jìn)尺8 m，月最高進(jìn)尺216 m，平均每天進(jìn)尺7 m。

4 取得的主要效果

4.1 提高了掘進(jìn)效率

一體機通過減少作業(yè)工序，提升了掘進(jìn)效率，原工作面在每個循環(huán)過程中存在4次進(jìn)退機，用時16 min。一體機存在1次退機，用時1 min。每個循環(huán)節(jié)省15 min，提高了掘進(jìn)效率；通過減少了搭架環(huán)節(jié)，加快了排放孔的施工速度，由于15鉆車的平臺高度為1.1 m，無法滿足排放孔的施工要求，所以需要搭架作業(yè)，工序復(fù)雜。而采用一體機后，操作平臺的高度為2.2 m，很好解決了施工排放孔的要求，目前16個排放孔的時間在4 h，節(jié)省了30 min；增加了機載漲拉泵，降低了漲拉時間，一體機采用機載液壓漲拉泵，漲拉1根錨索用時1 min，較風(fēng)動漲拉泵快了2 min，每個循環(huán)節(jié)省時間20 min；降低了勞動強度，減少了作業(yè)人員。一體機共有4個鉆臂，其中2個前鉆臂施工需要4個人，后鉆臂需要2個人，迎頭的作業(yè)人員由原來的7人減少為6人，實現(xiàn)減人提效。使用一體機后，進(jìn)尺穩(wěn)步提高，周進(jìn)尺最高49 m，日均進(jìn)尺由原4.5 m提升至7 m,提升效率將近50%；改造掘錨一體機，降低掘進(jìn)設(shè)備成本，購買1臺新的EBZ160綜掘機需要297萬元、CMM-20錨桿鉆車需要180萬元，共需477萬元。如利用現(xiàn)有綜掘機改造掘錨一體機需要196萬元，降本增效281萬元。

4.2 更好的保障了掘進(jìn)安全

一體機通過切換閥實現(xiàn)截割和錨鉆系統(tǒng)的功能互鎖，裝備實現(xiàn)了本質(zhì)安全型；設(shè)備管理簡單化，將原綜掘機+鉆車的設(shè)備合二為一，降低了設(shè)備管理難度；一體機遙控操作，割煤簡單，提升了50%效率；改善了作業(yè)條件，采用了操作平臺+機身平臺的一體化設(shè)計方式，平臺面積為（3.8 m×1.5 m），職工操作安全可靠；一體機割煤后，能夠及時升緊臨時支護(hù)，空頂時間為“零”，杜絕了迎頭頂板事故的發(fā)生，更好的保障了掘進(jìn)安全。

4.3 促進(jìn)了掘進(jìn)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化

通過推行正規(guī)循環(huán)，以正規(guī)循環(huán)作業(yè)為抓手，來合理安排各工序，將“兩掘一準(zhǔn)”中“準(zhǔn)”里面施工的防突措施作為核心，在檢修班施工完畢，保證了正規(guī)循環(huán)作業(yè)；通過推行標(biāo)準(zhǔn)操作，讓“檢到位、快中部、慢兩幫、少進(jìn)刀，停中間”的割煤操作標(biāo)準(zhǔn)逐步成為習(xí)慣；讓“問好頂、敲好幫、升的緊、聯(lián)好網(wǎng)”的臨時支護(hù)操作標(biāo)準(zhǔn)，讓“水壓足、轉(zhuǎn)不停、孔到位、塞到底、漲達(dá)標(biāo)”的永久支護(hù)操作標(biāo)準(zhǔn)要領(lǐng)落地生根，讓標(biāo)準(zhǔn)操作成為了一種習(xí)慣；通過推行標(biāo)準(zhǔn)驗收，實施“圖紙化”和“數(shù)字化”的驗收模式，長時間保留基礎(chǔ)資料，在推進(jìn)安全生產(chǎn)和事故問責(zé)、追責(zé)方面意義重大，確保了工程質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

在掘錨一體化技術(shù)的試驗過程中，通過團(tuán)結(jié)協(xié)作、攻堅克難，階段性完成奮斗目標(biāo)，形成了“1646”的掘進(jìn)文化體系。通過推行安全在迎頭、質(zhì)量在支護(hù)、生產(chǎn)在準(zhǔn)備、效率在組織、風(fēng)險在四防（防突、防片幫、防擠壓、防水）、標(biāo)準(zhǔn)在數(shù)字的正規(guī)循環(huán)化作業(yè)以及通過推行操作抓習(xí)慣、檢修抓預(yù)防、運輸抓數(shù)量、驗收抓質(zhì)量、輔助抓服務(wù)、管理抓作風(fēng)等一系列措施，最終促進(jìn)了文明掘進(jìn)氛圍的形成。

5 結(jié)論

通過對煤礦軟煤層條件下的掘錨一體機的改造，取得了較好的應(yīng)用效果，不僅提高了掘進(jìn)效率，而且促進(jìn)了掘進(jìn)工作的標(biāo)準(zhǔn)化，文明化。在集團(tuán)公司3個革命性的引領(lǐng)下，近年來長平公司正以“不待揚鞭自奮蹄”的擔(dān)當(dāng)精神，大力開展了一系列重大項目的改造建設(shè)工作，這些重大項目的突破，必然會帶動長平公司煤炭板塊實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。