張謙文

（陽(yáng)煤集團(tuán)壽陽(yáng)開(kāi)元礦業(yè)有限責(zé)任公， 山西 壽陽(yáng) 045400）

隨著以采煤機(jī)為代表的全自動(dòng)化的綜采設(shè)備不斷投入應(yīng)用，煤礦井下的綜采作業(yè)效率不斷提升。目前巷道井下掘進(jìn)能力不足，已經(jīng)限制了綜采作業(yè)效率的進(jìn)一步提升，經(jīng)過(guò)分析，井下巷道掘進(jìn)技術(shù)落后、支護(hù)方案繁瑣、自動(dòng)化程度低等是影響巷道掘進(jìn)效率的關(guān)鍵因素。為了進(jìn)一步提高井下綜采作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性，本文結(jié)合煤礦井下實(shí)際情況，提出了一種新型快速掘進(jìn)技術(shù)，該技術(shù)方案采用了快速臨時(shí)支護(hù)設(shè)備、鋼網(wǎng)架自動(dòng)拖網(wǎng)機(jī)構(gòu)及智能掘進(jìn)設(shè)備，分別從縮短臨時(shí)支護(hù)時(shí)間、提高錨網(wǎng)支護(hù)效率及提升掘進(jìn)設(shè)備運(yùn)行自動(dòng)化和穩(wěn)定化程度方面入手，實(shí)現(xiàn)了對(duì)井下巷道掘進(jìn)的優(yōu)化，顯著提升煤礦井下巷道掘進(jìn)效率和經(jīng)濟(jì)性，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明采用新的快速掘進(jìn)技術(shù)后，能夠?qū)⒚旱V井下的巷道掘進(jìn)效率提升17.4%以上，具有極大的應(yīng)用和推廣價(jià)值。

1 井下快速臨時(shí)支護(hù)方案

井下巷道在高速掘進(jìn)的過(guò)程中，巷道井下支護(hù)是確保掘進(jìn)安全的核心，特別是在復(fù)雜地質(zhì)條件下，井下巷道的圍巖穩(wěn)定性差，在掘進(jìn)過(guò)程中容易出現(xiàn)坍塌等事故，因此通常采用增加支護(hù)結(jié)構(gòu)，提高支護(hù)安全系數(shù)來(lái)滿(mǎn)足支護(hù)穩(wěn)定性需求。但該技術(shù)方案雖然穩(wěn)定性好，但支護(hù)作業(yè)工作量大、支護(hù)材料成本高、支護(hù)效率低，支護(hù)時(shí)間占據(jù)了整個(gè)巷道掘進(jìn)作業(yè)的40%以上，嚴(yán)重影響了掘進(jìn)效率。因此如何在確保支護(hù)安全的前提下，降低支護(hù)周期和成本，便成了井下支護(hù)方案優(yōu)化的核心。

本文提出了一種新的井下巷道掘進(jìn)快速臨時(shí)支護(hù)方案，其采用了頂板護(hù)棚臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足在巷道掘進(jìn)過(guò)程中的臨時(shí)支護(hù)，同時(shí)可以在支護(hù)結(jié)構(gòu)的下方形成安全的人行通道，有效地防止在掘進(jìn)過(guò)程中的頂板冒落事故，同時(shí)采用了標(biāo)準(zhǔn)化的臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)，到達(dá)支護(hù)位置后直接通過(guò)液壓機(jī)構(gòu)頂升到支護(hù)位置，形成支護(hù)結(jié)構(gòu)，隨著巷道掘進(jìn)作業(yè)的進(jìn)行，可將臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到新的支護(hù)點(diǎn)上進(jìn)行重復(fù)使用，既能夠降低井下巷道支護(hù)時(shí)間又能夠降低支護(hù)成本，該頂板護(hù)棚臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)如1 所示[1]。

圖1 頂板護(hù)棚臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1 可知，帶臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)采用了液壓頂升控制方案，支護(hù)體的四個(gè)支柱采用了頂升液壓缸結(jié)構(gòu)，油缸的連接位置均為銷(xiāo)接，頂部護(hù)頂支護(hù)面積達(dá)到了5 m2，支撐強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，該臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)井下復(fù)雜地質(zhì)條件適應(yīng)性好、穩(wěn)定性高，能夠顯著提升煤礦井下巷道掘進(jìn)作業(yè)的穩(wěn)定性和可靠性。

2 鋼網(wǎng)架自動(dòng)拖網(wǎng)

巷道掘進(jìn)過(guò)程中為了避免頂板碎石垮落導(dǎo)致出現(xiàn)人員傷亡事故，通常會(huì)在巷道內(nèi)進(jìn)行拖網(wǎng)上鋼帶處理，通常采用人工操作方式，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大而且支護(hù)效率也極其低下，嚴(yán)重影響了上鋼帶的進(jìn)度，因此本文提出了一種新的鋼網(wǎng)架自動(dòng)拖網(wǎng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)上網(wǎng)控制。該拖網(wǎng)架主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)和滑道、拖動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，工作時(shí)將拖網(wǎng)掛在拖網(wǎng)架上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制拖網(wǎng)架在拖動(dòng)滑軌內(nèi)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)拖網(wǎng)上鋼帶，根據(jù)在煤礦井下的實(shí)際測(cè)試可知，鋪設(shè)10 m長(zhǎng)的護(hù)網(wǎng)鋼帶，采用人工支護(hù)控制時(shí)需要5 人配合作業(yè)，3 h 完成，當(dāng)采用全新的鋼網(wǎng)架自動(dòng)拖網(wǎng)機(jī)構(gòu)后可以實(shí)現(xiàn)2 人操作1 h 完成，總體施工效率提升了約7.5 倍，而且能夠?qū)崿F(xiàn)一次到位，支護(hù)質(zhì)量和安全性得到了極大的提升，該拖網(wǎng)架機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)如圖2 所示[2]。

圖2 自動(dòng)拖網(wǎng)架機(jī)構(gòu)

3 智能掘進(jìn)

傳統(tǒng)掘進(jìn)方案多采用人工掘進(jìn)控制，在截割作業(yè)過(guò)程中依賴(lài)于人工操作經(jīng)驗(yàn)和井下掘進(jìn)作業(yè)環(huán)境，按照“蛇形”截割路徑進(jìn)行截割，經(jīng)常出現(xiàn)截割偏移，導(dǎo)致巷道截割成型質(zhì)量差，反復(fù)截割修正的情況，極大的影響了煤礦井下巷道掘進(jìn)作業(yè)效率和穩(wěn)定性，因此根據(jù)長(zhǎng)期井下截割作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，提出了一種新型的“回型”截割方案，該方案截割路徑規(guī)則，能夠?qū)崿F(xiàn)采煤機(jī)的智能化截割作業(yè)[3]，避免了在掘進(jìn)時(shí)的反復(fù)修正，提高巷道的一次成型質(zhì)量，該回字形截割路徑規(guī)劃如圖3 所示，根據(jù)井下巷道成型要求的不同，截割作業(yè)方式可分為“正回”和“逆回”兩種方案。

為了適應(yīng)“回型”截割作業(yè)路徑規(guī)劃方案，掘進(jìn)機(jī)采用了記憶截割規(guī)劃方案，在掘進(jìn)作業(yè)時(shí)掘進(jìn)機(jī)控制鏟板首先掃清浮煤，然后開(kāi)始進(jìn)刀，待截割機(jī)構(gòu)完全切入巖壁后停止進(jìn)刀，截割臂則開(kāi)始從一端向另一端進(jìn)行掏槽作業(yè)，然后垂直進(jìn)行截割，按預(yù)先設(shè)定的“回型”截割路徑進(jìn)行巷道掘進(jìn)[4]，實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道的一次成型，該掘進(jìn)方式的優(yōu)點(diǎn)在于從巷道外側(cè)切入，在截割巷道內(nèi)側(cè)截面時(shí)慢速截割，保證巷道截面質(zhì)量，截面成型后進(jìn)入到高速截割運(yùn)動(dòng)中，從而在確保巷道截面成型質(zhì)量的前提下提升巷道掘進(jìn)效率，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明采用智能掘進(jìn)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)巷道截面一次截割成型，而且巷道截割成型效率提升13%以上。

圖3 回字形截割路徑示意圖

根據(jù)在煤礦井下的實(shí)際驗(yàn)證，通過(guò)采用綜合快速掘進(jìn)技術(shù)后，巷道的綜合成型效率提升了17.4%以上，實(shí)現(xiàn)了絕大多數(shù)地形條件下的巷道一次成型作業(yè)，巷道成型質(zhì)量高，穩(wěn)定性好。

4 結(jié)論

針對(duì)目前煤礦井下巷道掘進(jìn)效率低、成型質(zhì)量差，無(wú)法滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的煤礦綜采作業(yè)效率需求的現(xiàn)狀，本文提出了一種新的井下快速掘進(jìn)技術(shù)方案，其采用了快速臨時(shí)支護(hù)設(shè)備、鋼網(wǎng)架自動(dòng)拖網(wǎng)機(jī)構(gòu)及智能掘進(jìn)設(shè)備，能夠有效地提升煤礦井下巷道掘進(jìn)效率，根據(jù)實(shí)際分析表明：

1）臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)井下復(fù)雜地質(zhì)條件適應(yīng)性好、穩(wěn)定性高，能夠顯著提升煤礦井下巷道掘進(jìn)作業(yè)的穩(wěn)定性和可靠性。

2）鋼網(wǎng)架自動(dòng)拖網(wǎng)控制方案，總體施工效率比人工作業(yè)提升7.5 倍，而且能夠?qū)崿F(xiàn)一次到位，支護(hù)質(zhì)量和安全性得到了極大地提升。

3）智能掘進(jìn)方案，采用記憶截割控制和“回型”截割控制方案，能夠?qū)崿F(xiàn)巷道截面一次截割成型，而且巷道截割成型效率提升13%以上。

4）采用綜合快速掘進(jìn)技術(shù)后，巷道的綜合成型效率提升了17.4%以上，實(shí)現(xiàn)了絕大多數(shù)地形條件下的巷道一次成型作業(yè)，巷道成型質(zhì)量高，穩(wěn)定性好。