掘錨機在彬長礦區(qū)的應(yīng)用探究

張 典，馮海龍

(陜西正通煤業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 咸陽 713699)

1 背景

彬長礦區(qū)煤炭資源豐富，賦存條件較好。經(jīng)過對彬長礦區(qū)已建礦井煤巷掘進期間的情況調(diào)研發(fā)現(xiàn)，存在一個共性問題即煤層硬而松散，底板偏軟，開掘后圍巖破碎，頂板極易垮冒。彬長礦區(qū)所有礦井均為新建礦井，是較為年輕的礦區(qū)，建井時間短，為盡快達產(chǎn)，礦井初期采面布置走向長度偏短，服務(wù)期限較短，而普通的綜掘工藝布置工作面的速度與回采速度相差無幾，準(zhǔn)備煤量始終不足，因此導(dǎo)致礦井始終處于采掘接續(xù)緊張的局面。為此，尋找一種更加高效的煤巷掘進設(shè)備成為解決這一困境的最為可行的方法。

煤巷快速掘進設(shè)備包括綜掘機、掘錨機、連采機及最為先進的“煤海蛟龍?zhí)枴泵合锟炀蛟O(shè)備。但根據(jù)以上彬長礦區(qū)的地質(zhì)情況介紹，顯然連采機及“煤海蛟龍?zhí)枴泵合锟炀蛟O(shè)備無法應(yīng)用。而掘錨機與綜掘機相似度極大，只要綜掘機能夠適應(yīng)的環(huán)境，推斷掘錨機也有較大的可能適應(yīng)，因此掘錨機是目前最佳的綜掘機替代品。而因為缺乏經(jīng)驗，彬長礦區(qū)多家煤礦與目前市面上產(chǎn)品較好的幾家掘錨機廠家商討對掘錨機進行適應(yīng)性改造后投入使用，但效果較差，均以失敗告終。為何在世界范圍內(nèi)早已成熟推廣的掘錨機在引進到彬長礦區(qū)使用后均會失敗，怎樣才能讓掘錨機在彬長礦區(qū)成功應(yīng)用。接下來，筆者將根據(jù)親身實踐以及對彬長礦區(qū)礦井掘錨機的應(yīng)用調(diào)研情況，主要圍繞以上兩個關(guān)鍵問題展開論述。

2 市場在用掘錨機優(yōu)劣分析

2.1 各掘錨機主要技術(shù)參數(shù)

目前市場在用掘錨機：山特維克MB670-1掘錨機、鐵建重工ZJM4200掘錨機和久益公司EJM2×170掘錨機的主要技術(shù)參數(shù)如表1、表2、表3所示。

表2 鐵建重工ZJM4200掘錨機技術(shù)參數(shù)

表3 久益EJM2×170掘錨機技術(shù)參數(shù)

2.2 各設(shè)備優(yōu)劣情況分析

2.2.1 山特維克MB670-1掘錨機

2.2.1.1 優(yōu)勢。①設(shè)計了前后支撐，且撐距達到0.5m，對于后期掘錨機現(xiàn)場檢修有利；②底盤離地高度270mm，高度較其他廠家同類產(chǎn)品高；③前排打頂?shù)膬蓚?cè)錨桿機實現(xiàn)了打幫功能，減小了空幫面積；④設(shè)備整體設(shè)計較為合理，市場應(yīng)用占比高。

2.2.1.2 缺陷。①頂錨桿機中心線距截割滾筒前段距離2.3m，導(dǎo)致空頂面積較大，對安全生產(chǎn)不利；②履帶寬度偏窄，對地比壓大于正通煤業(yè)底板巖石抗壓強度，易沉陷；③無對應(yīng)型號的后配套設(shè)備；④頂幫錨桿機間距為1.3m，無法實現(xiàn)頂幫同步支護。

2.2.2 鐵建重工ZJM4200掘錨機

2.2.2.1 優(yōu)勢。①前排頂板錨桿機實現(xiàn)了滑移，可將空頂距縮短至0.8m；②底盤離地高度增加至300mm，高度已為同類產(chǎn)品最高；③履帶寬度也已達同類產(chǎn)品最寬，為880mm，對地比壓降至正通煤業(yè)公司煤炭抗壓強度，有效避免設(shè)備沉陷；④頂板錨桿機支護富余量為0.8m，對于處理一定程度的頂板冒落具有一定優(yōu)勢；⑤頂幫錨桿機間距具有可調(diào)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)頂幫支護同步；⑥鏟板下壓460mm，更能適應(yīng)底板沉積不平的施工環(huán)境；⑦有對應(yīng)型號的后配套設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)分區(qū)支護，大大提高支護速度。

2.2.2.2 缺陷。①錨桿機只能單一方向擺動，靈活性較差；②設(shè)備還從未在實際生產(chǎn)中應(yīng)用，設(shè)備性能具有不確定性；③后配套橋式皮帶體積過于龐大，一方面不利于井下運輸，另一方面對于底板不平的巷道適應(yīng)性較差；缺少前部支撐，如設(shè)備出現(xiàn)沉陷或者履帶等需維修，難度較大；④為實現(xiàn)錨桿機滑移至鏟板上方，人為將鏟板高度降低了0.4m，可能導(dǎo)致煤矸外翻，增加人工清矸量，甚至可能對機體行駛造成影響。

2.2.3 久益公司EJM2×170掘錨機

2.2.3.1 優(yōu)勢。①前排頂錨桿機兩側(cè)兩部錨桿機實現(xiàn)了打幫功能，減小了空幫距離；②底盤離地高度270mm，高度較其他廠家同類產(chǎn)品高；③頂板錨桿機實現(xiàn)了多向擺動，靈活性較大。

2.2.3.2 缺陷。①頂錨桿機中心線距截割滾筒前段距離2.04m，空頂面積偏大，對安全生產(chǎn)不利；②履帶寬度偏窄，對地比壓大于正通煤業(yè)底板巖石抗壓強度，易沉陷；③設(shè)備未設(shè)計前探頂棚，缺少臨時支護；④整機結(jié)構(gòu)設(shè)計還有待優(yōu)化，較以上兩家有差距。

3 國內(nèi)掘錨機使用現(xiàn)狀

因為孟村礦及正通煤業(yè)公司煤層的地質(zhì)特性在彬長礦區(qū)極具代表性，所以下面主要以該兩家煤礦掘錨機的使用情況展開描述。

孟村礦采用久益EJM2×170掘錨機，其配備4臺高效頂板錨桿機，用于打設(shè)頂板錨桿和錨索，2臺側(cè)幫錨桿機，用于打側(cè)幫錨桿或頂錨桿。其截割寬度5 000mm～5 800mm，截割高度范圍3 500mm～4 200mm。自2020年12月22日投入試運行，截至2021年4月20日累計掘進施工785m，平均月進尺196m/月。孟村礦煤巷頂幫圍巖破碎，底板遇水較軟，施工環(huán)境較差。

正通煤業(yè)公司采用鐵建重工ZJM4200C掘錨機，其同樣配備4臺頂板錨桿機及2臺側(cè)幫錨桿機，其截割寬度5 500mm～6 200mm，截割高度范圍3 500mm～4 200mm。設(shè)備自2018年8月26日投入試運行，直到9月7日撤出，累計掘進施工26m。正通煤業(yè)公司煤層埋深較大，礦壓顯現(xiàn)明顯，又因巷幫圍巖破碎，頂板層理發(fā)育且粘連性差，容易垮冒，底板基地較為不清且為泥巖遇水軟化，工作環(huán)境較差。

另外，通過對內(nèi)蒙古礦區(qū)幾家煤礦掘錨機使用情況的調(diào)研，內(nèi)蒙古煤層賦存較陜甘煤層好，一般情況下煤層頂板完整，煤層層理間距大，層與層之間粘連性較好，頂板不易離層、垮落。以鄂爾多斯的巴彥高勒煤礦為例,其煤巷幫部溜幫嚴(yán)重、底板偏軟，但頂板條件較好，采用山特維克MB670型掘錨機施工，月進度保持500m以上。

表4 彬長及內(nèi)蒙古礦區(qū)已用掘錨機月度進尺情況統(tǒng)計

4 關(guān)鍵原因分析

通過以上對比分析可知：①頂板條件的好壞對掘錨機掘進速度影響較大，掘錨機成功應(yīng)用的關(guān)鍵在于頂板控制。②彬長礦區(qū)煤礦順槽底板偏軟，掘錨機的接地比壓及底盤離地高度對掘進速度的影響也不容小覷。③對幫部圍巖的控制，雖然片幫問題對掘進速度影響不大，但如果實現(xiàn)幫部支護拖后不大于2排，那么掘錨機掘進速度也將會出現(xiàn)一定增幅。

5 探究應(yīng)用

通過對以上掘錨機關(guān)鍵因素及掘錨機優(yōu)劣情況的分析，正通煤業(yè)有限責(zé)任公司已與中國鐵建重工合作，就彬長礦區(qū)的掘錨機改造方案召開了多次會議，進行了深入的研究探討，不斷對目前市面上的掘錨機結(jié)構(gòu)進行改造完善。目前初步方案已經(jīng)確定，改造版掘錨機底盤高度較之前的270mm提高到300mm，履帶寬度由700mm增加至880mm，接地比壓由0.25降至0.17，頂板永久支護空頂距由2.5m縮小至0.35m，幫部永久支護由4.5m縮小至2.5m，很好地解決了以上影響掘錨機快速掘進的主要問題。首臺改造升級版掘錨機已在制作，2021年7月份在彬長大佛寺煤礦投用。

6 總結(jié)

掘錨機作為目前綜合性能較好的煤礦煤巷快掘設(shè)備，按照當(dāng)前國內(nèi)煤礦分布情況，山東、河南及東北等區(qū)域井田已幾近資源枯竭，國內(nèi)主力礦井基本位于陜甘蒙疆區(qū)域，而該區(qū)域地質(zhì)條件又以陜甘地區(qū)較差，故如果在彬長礦區(qū)投用成功，那么該改造后機型將幾乎能適應(yīng)所有煤礦，相信在不久的將來掘錨機將會全面替代綜掘機成為煤礦煤巷掘進的主力設(shè)備，綜掘機時代將會逐步成為歷史。

此外，隨著智能化時代的到來，煤礦智能化建設(shè)也在逐步進行，當(dāng)前最好的智能化礦井渝北小保當(dāng)、曹家灘已具有了較高的智能化水平，尤其是小保當(dāng)煤礦是目前國內(nèi)唯一具有智能掘進系統(tǒng)且已投入運行的煤礦。該套系統(tǒng)就是以掘錨機為基礎(chǔ)改進而來，雖該套系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性較差，但作為智能掘進的初次嘗試，效果已達到預(yù)期。之所以選定掘錨機作為智能掘進的研究基礎(chǔ)，是因為它是目前最具智能化改造潛力的掘進設(shè)備。因此，接下來礦山掘進智能化建設(shè)必定還會圍繞掘錨機為中心來開展，它可能不是唯一的能夠進化為智能掘進的設(shè)備，但它必將是第一個進化成功的智能掘進設(shè)備。