掘锚一体机在煤矿掘进中的应用_罗贤虎.pdf

煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 0引言 随着国家对煤矿行业的不断整改， 我国煤炭企业 都向大型现代化矿井转变。 原有的煤矿设备在掘进巷 道及回采巷道过程中， 不断进行改进， 以达到煤矿提 倡的安全高效开采的目标。我国现阶段巷道掘进时， 采用的掘进机 锚杆钻机存掘进效率低、辅助时间 长、 人力劳动较大等诸多问题。 某煤矿为加快巷道掘进速度，减少辅助作业时 间， 提高井下工作效率， 采用掘锚一体机进行巷道掘 进作业。本文以此为研究背景， 研究了掘锚一体机在 复杂地质情况下矿井的适用性及应用效果， 对掘锚一 体机在相同条件矿井下的应用具有借鉴意义。 1工程概况 某煤矿为大型现代化矿井，现主采 3 号煤层， 3 号煤层底板标高为 512m～582m，地面标高为 912m～928m， 巷道埋深 400m左右。本次试验巷道为 s6- 8 运输顺槽， 巷道沿 3 号煤层底板掘进， 巷道断面 尺寸为 5.2m3.5m， 断面积为 18.2m2， 运输顺槽设计 掘进长度为 1600m。本次试验巷道 s6- 8 运输顺槽平 面布置图如图 1 所示， 。 图 1试验巷道 s6- 8 运输顺槽平面布置图 通过收集该工作面顺槽周边临近的地质钻孔， 根 据钻孔数据确定，该工作面 3 号煤 层 厚 度 为 5.75m～5.88m， 平均厚度为 5.8m， 其中含有一层 0.3m 左右的夹矸。 巷道顶板为厚度 3.4m的粉砂岩老顶， 厚 度 2.3m的泥岩直接顶， 底板为厚度 1.2m的泥岩直接 底， 厚度 1.8m的细砂岩老底。为加快巷道掘进速度， 减少辅助作业时间， 提高井下工作效率， 该矿采用掘 锚一体机进行巷道掘进作业。 2掘锚一体机适应性分析及改进 2.1掘锚一体机适应性分析 通过调研及查阅资料发现， 掘锚一体机在我国许 多矿区得以应用。在地质条件较好的矿区应用广泛， 且效果突出。在地质条件复杂的矿区， 还未取得突破 性的研究成果， 使得其可以被广泛推广。 实际应用时， 需针对矿井实际地质情况， 对掘锚一体机进行优化改 掘锚一体机在煤矿掘进中的应用 罗 贤 虎 （霍州煤电集团三交河煤矿安全科 ， 山西 霍州 041600 ） 摘要 复杂地质条件矿井为解决巷道掘进存在的诸多问题， 应用掘锚一体机进行巷道掘进作业， 首 先分析其适应性， 为适应该矿实际地质条件， 对掘锚机的临时液压顶篷、 阻挡落煤装置和掘锚一体机 截割方式及进刀路线进行了优化改进设计。 并分析掘锚机的实践应用效果， 确定了掘锚一体机在掘进 效率及经济效益等方面具有的显著应用效果。 关键词 掘锚一体机 ； 巷道掘进 ； 优化改进 中图分类号 TD265文献标识码 A文章编号 1009-0797 （2019 ） 06-0148-03 Application of integrated anchoring machine in coal mine excavation LUO Xianhu （Safety Section of Sanjiaohe Coal Mine, Huozhou Coal and Electricity Group , Huozhou 041600 , China） Abstract In order to solve many problems in tunneling, a complex geological condition mine is applied to the roadway excavation opera- tion. Firstly, its adaptability is analyzed. In order to adapt to the actual geological conditions of the mine, the temporary hydraulic canopy of the anchoring machine is blocked. The coal cutting device and the bolting and anchoring machine cutting machine and the feeding route were optimized and improved. And analyze the practical application effect of the anchoring machine, and determine the significant application effect of the integrated anchoring machine in the efficiency and economic benefits. Key words Excavation and anchoring machine; roadway excavation; optimization and improvement 148 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 造。 本次试验巷道为 s6- 8 运输顺槽所在矿区煤层赋 存条件复杂， 高地应力、 围岩岩性软弱、 顶板压力大、 瓦斯含量高。因此， 该矿区采用掘锚一体机进行巷道 掘进作业时，需要根据该矿区的实际巷道掘进条件， 对掘锚机进行相应的改进， 以达到提高巷道掘进速度 的目的。 2.2掘锚一体机改进措施 2.2.1临时液压顶篷改造优化 由于试验巷道地质条件复杂， 巷道掘进迎头空顶 区在掘进时， 保持自稳时间较短， 而掘锚一体机自身 的临时液压顶篷有效的支护面积较短， 无法有效支护 空顶区煤层， 极易发生冒顶等事故。 因此， 为了保障掘 进施工安全作业， 本次应用对掘锚一体机的临时支护 装置进行了改进。改进措施如下 将掘锚机顶板支护 改造为由千斤顶、 临时顶板支护、 销子和耳子组成的 支护形式。改造后临时顶板支护长度为 1500mm， 宽 度为 500mm，相较于原有自带临时顶板支护的面积 大了 2.6 倍。同时， 在掘锚一体机上安设两条液压管 路， 通过液压千斤顶来实现临时顶板支护的顶起和放 下。当掘进时， 千斤顶可以将顶板支护顶起进行临时 支护； 当割煤时， 可以通过操作将其收回。 如下图 2 所 示，为改造优化后的临时液压顶篷俯视图和侧视图， 图 3 所示为掘锚一体机临时支护的现场图。 图 2改造优化后的临时液压顶篷俯视图和侧视图 图 3掘锚一体机临时支护的现场图 2.2.2阻挡落煤装置的设计 由于该矿巷道围岩较为破碎， 掘锚一体机在掘进 过程中， 可能将迎头煤壁上的煤块崩落下来， 导致掘 锚机的操作人员受伤。 因此， 本文设计了一种装置， 用 以阻挡落煤装置。具体设计如下 在改进优化的液压 顶篷下方焊接一方形钢板， 钢板截面尺寸为 50mm 50mm。 在挡矸装置上方加设一方形插销， 插销尺寸为 40mm40mm。在掘锚机下端安设圆钢，圆钢长度 1.3m， 直径 38mm。其上设有 3 个钩子， 用以安放木 板， 木板尺寸为 2200 mm10 mm200 mm。在掘锚 机掘进时， 将设计的阻挡落煤装置挂在掘锚机方形槽 中， 可以阻挡迎头崩落下的煤块。 当进行截割时， 可取 下该装置以备下次使用。 ， 阻挡落煤装置如图 4 所示。 （a ）阻挡落煤装置正视图 （b）阻挡落煤装置侧视图 图 4阻挡落煤装置的示意图 2.2.3掘锚一体机截割方式及进刀路线改进 改进的掘锚一体机截割方式及进刀路线如下 首 先， 将掘锚机截割部置于煤壁中间部位， 进刀切入煤 壁 1.0m； 然后， 从上到下截割下半部分煤体； 当截割 煤体到巷道底板位置时， 截割部退后 1.0m， 对巷道底 板反复拉低， 使底板变平整； 完成上述工序后， 前移掘 锚机， 对巷道顶板及两帮进行支护； 然后， 再从上至下 截割上半部分煤体； 扫除预留的 200mm顶板煤皮； 进 行下一刀割煤时， 再重复上述工序。 同时， 割煤时掉落 的煤块， 可通过刮板输送机向外运出。 如图 5 所示， 为 改进的掘锚一体机截割方式及进刀路线示意图。 a 下移中部b 进刀c 割下部煤d 拉底 149 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 （e） 前移掘锚机、 支护（f ） 割上部煤（g ）扫顶 图 5改进的掘锚一体机截割方式及进刀路线示意图 3掘锚机实践应用效果分析 3.1掘进效率总结 该矿井于 5 月 28 日在安装硐室 1.5m处的位置， 使用掘锚一体机进行掘进，到 9 月 2 日正式掘进完 成， 巷道施工工期一共为 98 天。 本次试验巷道应用掘锚机进行掘进， 掘进效率对 比如图 6 所示 图 6掘进效率对比图 巷道掘进效率总结如下 ①巷道掘进日进尺由六 月份的 10.4m/d 增加到 20.8m/d，平均日进尺可达 15.5m/d；②正常掘进一个循环的时间为 40 分钟， 其 中割煤时间 10 分钟， 支护时间半小时； ③7 月份对掘 进巷道支护进行了优化， 使得掘进速度相较于 6 月份 显著提高； ④8 月份巷道平均日进尺为 20.2m/d， 月进 尺共计 606m， 掘进效率显著， 掘锚一体机的应用效果 较好。 3.2掘锚机应用获得的经济效益 3.2.1节约成本 通过 6 月份掘锚一体机在试验巷道的试用， 根据 现场实际情况及矿压观测， 对其巷道掘进支护参数进 行了优化改进。 原有支护材料每米巷道支护成本费用 为 3770 元， 优化后为 3140 原， 每米巷道支护成本可 节约 630 元。试验巷道设计长度为 1600m， 则全巷支 护完毕， 可节约成本 100 万左右。 按人工费计算， 原掘进日进尺为 10m/d， 使用掘 锚机后平均日进尺 15.5 m/d， 每日多进尺 5.5m， 人工 费按每班 42 元 / 人， 每班人工数 14 人， 则粗略计算 人工费用每年节约 5.5m/d365d42 元 / 人14 人 118 万。 3.2.2产煤增效 经过合理的组织管理和现场指导，完全掌握掘 锚一体机在巷道掘进中的应用，可实现掘锚机月进 尺 600m 以上的掘进水平，相比于综掘机掘进水平 可高出 300m 左右月进尺数。以试验巷道为例， 该矿 应用掘锚一体机后，一台掘锚机组每年原煤产量比 未使用掘锚机时多出 9.20 万 /t，按一吨煤的纯利润 为 150 元计算，则一台掘锚机每年多出的经济效益 约为 1380 万。 4结论 以复杂地质条件煤矿应用掘锚一体机进行巷道 掘进作业为研究背景， 研究了掘锚一体机在复杂地质 情况下矿井的适用性及应用效果，主要结论如下 为 适应该矿实际地质条件，对掘锚机的临时液压顶篷、 阻挡落煤装置和掘锚一体机截割方式及进刀路线进 行了改进设计。 并通过记录巷道掘进效率进行了掘进 效率总结和经济效益分析， 确定了掘锚一体机在巷道 掘进中的显著应用效果。 参考文献 [1] 郝先鹏.掘锚一体机在水峪煤矿中的应用分析[J].煤炭与 化工,2018,41 （03） 121- 122125. [2] 苏鹏.掘锚一体机使用存在的问题及改进措施[J].煤炭与 化工,2017,40 （05） 88- 9094. [3] 宋作文,王志强,任耀飞,王红亮,李军.EBZ- 150 掘锚一体 机在煤巷掘进中的应用[J].煤炭科学技术,2013,41 （S2） 41- 4245. [4] 孙旭威.我国掘锚一体技术发展分析与研究[J].煤矿机械, 2010,31 （03） 4- 6. [5] 刘念全,陈苗虎.ABM20 型掘锚机在高瓦斯复杂地质条件 下的试用[J].煤炭技术,2008 （08） 152- 153. [6] 李掌印.奥钢联掘锚一体机在中国煤矿的应用[J].中国煤 炭,2005 （09） 96. 作者简介 罗贤虎 （1986 年 9 月 28-） , 男，汉族，安徽省亳州市 人，2010 年毕业于安徽理工大学自动化专业， 现就职于霍州 煤电集团三交河煤矿安全科,工程师， 学位学士。研究方向 煤矿机电。 （收稿日期 2018- 10- 30） 150 ChaoXing