李松恩

(山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán) 科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 山西 太原 030000)

騰暉煤業(yè)2-105工作面銜接緊張，目前煤礦井下巷道支護(hù)主要方式為錨網(wǎng)梁、錨索聯(lián)合支護(hù)，在掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)完成后，人工操作單體風(fēng)動(dòng)錨桿打眼機(jī)、風(fēng)鉆，施工頂幫錨桿、錨索。在人工操作打眼設(shè)備時(shí)，存在很多缺點(diǎn)，諸如機(jī)械化程度低，掘進(jìn)作業(yè)完成后需人工搬運(yùn)打眼設(shè)備、連接管路，工序繁瑣，勞動(dòng)強(qiáng)度大效率低，永久支護(hù)工序多、占用時(shí)間長(zhǎng)[1]；鉆機(jī)鉆桿夾鉆現(xiàn)象比較嚴(yán)重，鉆眼過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)煤粉量異常增加，將鉆桿卡住，人工無(wú)法拔出，影響鉆進(jìn)效率；安全沒(méi)有保障，用風(fēng)動(dòng)工具鉆孔，人員必須靠近鉆孔孔口工作，另外鉆機(jī)配套管路比較復(fù)雜，極易發(fā)生安全事故。因此，為解決上述問(wèn)題，對(duì)EBZ-160型掘進(jìn)機(jī)機(jī)載支護(hù)進(jìn)行改造加裝錨桿鉆機(jī)，同時(shí)對(duì)錨桿鉆機(jī)及配套支護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究，充分利用綜掘機(jī)自身液壓系統(tǒng)，使綜掘機(jī)實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)、臨時(shí)支護(hù)、錨桿(索)打眼為一體，以提高掘進(jìn)支護(hù)效率。

1 改造方案

在EBZ-160型掘進(jìn)機(jī)的頂部和兩幫安裝機(jī)載臨時(shí)支護(hù)裝置，在掘進(jìn)機(jī)截割部區(qū)域內(nèi)安裝錨桿鉆機(jī)，為保證操作的連續(xù)性，不再增設(shè)液壓系統(tǒng)，通過(guò)線(xiàn)路連接使其與掘進(jìn)機(jī)主機(jī)共用一個(gè)液壓系統(tǒng)。其中，機(jī)載臨時(shí)支護(hù)裝置與錨桿鉆機(jī)通過(guò)專(zhuān)用聯(lián)接裝置分別固定于掘進(jìn)機(jī)截割部頂部和截割部升降油缸連接銷(xiāo)子上，工作時(shí)，通過(guò)控制截割部的行走，進(jìn)行錨桿機(jī)鉆眼支護(hù)，實(shí)現(xiàn)掘錨護(hù)一體的施工工藝。

2 EBZ-160型掘錨護(hù)一體機(jī)工作方式

改造后的EBZ-160型掘錨護(hù)一體機(jī)能夠在掘進(jìn)的過(guò)程中進(jìn)行超前支護(hù)，通過(guò)對(duì)巷道頂部及兩幫圍巖松動(dòng)區(qū)打眼、錨裝錨桿，實(shí)現(xiàn)臨時(shí)支護(hù)，有效地保證了安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)工作面快速推進(jìn)的目的。EBZ-160型掘錨護(hù)一體機(jī)具體工作方式包括液壓系統(tǒng)的運(yùn)行、頂網(wǎng)及托梁輔助安裝及超前支護(hù)和錨桿錨索的安裝。

2.1 液壓系統(tǒng)工作方式

EBZ-160掘錨護(hù)一體機(jī)液壓系統(tǒng)由綜掘機(jī)泵站、執(zhí)行元件、管路、閥組4部分構(gòu)成。掘進(jìn)時(shí)，錨護(hù)部分閉鎖，所有元件無(wú)液壓動(dòng)力源，不動(dòng)作；支護(hù)時(shí)，閉鎖閥處于“支護(hù)”位置，掘進(jìn)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)無(wú)液壓動(dòng)力源，不動(dòng)作，支護(hù)部分通過(guò)操作各執(zhí)行元件控制閥組進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)載錨桿鉆機(jī)鉆眼裝錨及超前支護(hù)工序[2].

2.2 頂網(wǎng)及托梁輔助安裝及超前支護(hù)工作方式

工作時(shí)根掘支護(hù)需要調(diào)整好掘進(jìn)機(jī)位置，將預(yù)先準(zhǔn)備好的頂網(wǎng)及托梁放置在超前支護(hù)頂梁上，再利用頂梁伸降油缸將頂梁伸到需要高度，操作升降閥組使超前支護(hù)頂梁加載到預(yù)定支撐力，起到超前臨時(shí)支護(hù)作用，然后打設(shè)錨桿，完成頂網(wǎng)及梯梁的安裝。支護(hù)完畢后收回超前支護(hù)頂梁。

2.3 錨桿錨索安裝工作方式

通過(guò)操作閥組控制機(jī)載鉆機(jī)的導(dǎo)軌伸縮使鉆機(jī)打開(kāi)、旋轉(zhuǎn)處于預(yù)定安裝位置下方，放置鉆桿，操作鉆機(jī)推進(jìn)閥，在鉆桿接近鉆孔位置的同時(shí)，微調(diào)機(jī)載鉆機(jī)的方向和角度，確認(rèn)位置正確，然后施工。

3 EBZ-160掘錨一體機(jī)主要特點(diǎn)及適用條件

3.1 主要特點(diǎn)

1) 錨護(hù)機(jī)與掘進(jìn)機(jī)共用同一個(gè)液壓系統(tǒng)，操作人員可通過(guò)伸縮臂控制錨護(hù)機(jī)與掘進(jìn)機(jī)的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)與錨桿機(jī)位置的轉(zhuǎn)換，操作工藝簡(jiǎn)單。掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，錨護(hù)機(jī)可折疊在截割臂上，隨著掘進(jìn)機(jī)的推進(jìn)而向前移動(dòng)，能夠有效地避開(kāi)截割作業(yè)[3]，相較于傳統(tǒng)的“先掘后支”工藝，減少了設(shè)備搬運(yùn)量，提高了掘進(jìn)效率。

2) 在不增加其他動(dòng)力源基礎(chǔ)上，在EBZ-160綜掘機(jī)截割臂上增設(shè)兩部錨桿機(jī)(增設(shè)的錨桿機(jī)可以實(shí)現(xiàn)的一次最大鉆孔深度為1.47 m)，在掘進(jìn)過(guò)程中，可對(duì)巷道頂板、側(cè)幫及時(shí)錨裝，進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，將整機(jī)掘進(jìn)開(kāi)采效率提高15%以上，實(shí)現(xiàn)了掘錨護(hù)一體化[4].

3.2 適用條件

EBZ-160掘錨護(hù)一體機(jī)主要用于國(guó)內(nèi)煤巖、半煤巖以及軟巖巷道的快速掘進(jìn)，適用于煤巖硬度f(wàn)≤7.5、掘錨高度為3.1～4.4 m、最大定位截割斷面≤33 m2、巷道寬度在3.5～5.0 m的矩形及小傾角梯形巷道。

4 EBZ-160掘錨護(hù)一體機(jī)工程實(shí)踐

4.1 巷道斷面

騰暉煤業(yè)2-105工作面2-1052掘進(jìn)巷道為全煤巷，煤層上部基本頂為細(xì)粒砂巖，直接頂為泥巖，圍巖受104工作面采動(dòng)影響，頂板局部破碎，但頂板基本穩(wěn)定。巷道斷面為矩形，巷道掘進(jìn)高度3 500 mm，凈高為3 400 mm，巷道掘進(jìn)寬度5 000 mm，凈寬4 800 mm，巷道掘進(jìn)斷面積17.5 m2，凈斷面積16.32 m2，采用錨網(wǎng)梁、錨索聯(lián)合支護(hù)。巷道斷面圖見(jiàn)圖1.

圖1 2-1052巷道斷面圖

4.2 支護(hù)參數(shù)

頂部選用d20 mm×2 500 mm左旋高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，兩邊肩角錨桿距巷幫250 mm與頂板夾角為75°施工，其余錨桿垂直于頂板施工，呈“六·六”矩形布置，間排距為900 mm×900 mm，每根錨桿配CK2340和Z2360樹(shù)脂錨固劑各一條。桁架采用d12 mm圓鋼制作，錨桿墊片采用拱形高強(qiáng)度托板，規(guī)格為150 mm×150 mm×6 mm，配調(diào)心球墊及減磨墊圈[5].

幫部選用d20 mm×2 500 mm左旋高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，上部肩角錨桿距頂板200 mm與巷幫夾角為75°施工，其余錨桿垂直于巷幫施工，呈“四·四”矩形布置，間排距為1 000 mm×900 mm，每根錨桿配CK2340和Z2360樹(shù)脂錨固劑各1條，桁架采用d12 mm圓鋼制作，錨桿墊片采用拱形高強(qiáng)度托板，規(guī)格為150 mm×150 mm×6 mm，配調(diào)心球墊及減磨墊圈。

錨索選用d21.6 mm×8 200 mm鋼絞線(xiàn)，垂直頂板打設(shè)，呈“二·二”矩形布置，間排距2 000 mm×1 800 mm，每孔配1條CK2340及3條Z2360樹(shù)脂錨固劑。托板規(guī)格為300 mm×300 mm×14 mm拱形高強(qiáng)錨索鋼板，巷道全斷面鋪設(shè)菱形網(wǎng)，每隔50 m全斷面敷設(shè)雙層絕緣網(wǎng)。

4.3 施工工藝

騰暉煤業(yè)2-1052掘進(jìn)巷采用全斷面一次成巷施工工藝。通過(guò)EBZ-160型掘錨護(hù)一體機(jī)掘進(jìn)完成割煤工序，通過(guò)加裝在掘進(jìn)機(jī)頂部及兩幫的的機(jī)載錨桿鉆機(jī)打眼、錨裝錨桿完成支護(hù)工序。掘錨護(hù)一體化施工工藝流程為：截割→臨時(shí)支護(hù)→鋪?lái)斄簰炀W(wǎng)→打注頂部錨桿及錨索→鋪幫部網(wǎng)及打注幫部錨桿→清底出煤→下一個(gè)循環(huán)。

5 施工效果

EBZ-160型掘錨護(hù)一體機(jī)在騰暉煤業(yè)2-1052掘進(jìn)巷道應(yīng)用后，減少了掘進(jìn)與支護(hù)的換位作業(yè)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)性作業(yè)，降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了錨桿打眼、錨固時(shí)間，提高了掘進(jìn)效率，使煤巷工作面單體錨桿打眼時(shí)間縮短至3 min以?xún)?nèi)，月度單進(jìn)水平達(dá)到300 m/月以上，掘進(jìn)開(kāi)采效率提高15%，縮短工期約2.5個(gè)月，最終實(shí)現(xiàn)2-105工作面銜接超前完成，節(jié)省勞務(wù)費(fèi)用約85萬(wàn)元，節(jié)省燃料及動(dòng)力費(fèi)用約19.539萬(wàn)元。

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)EBZ-160綜掘機(jī)截割部進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)了掘、錨、護(hù)工藝的有機(jī)結(jié)合，改造后的EBZ-160掘錨一體機(jī)適用于不同形狀的巷道，能夠按要求對(duì)巷道頂板及幫部打眼作業(yè)，為礦井實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。