连采机掘锚一体化快速掘进施工工艺研究

雷焱云，庞泽明

(1．山西河曲晋神磁窑沟煤业有限公司，山西 忻州 034000;2．河南理工大学 能源科学与工程学院，河南 焦作 454000)

近年来，随着煤炭行业机械化的发展，我国很多煤矿的回采速度得到大大提升，但同时，一般掘进机的掘进速度却显得相对滞后，采掘失调问题成了很多大型矿井的当务之急［1－2］。而随着国际化的大发展，国外使用的已经比较成熟的连续采煤机作为一种新的采煤、掘进设备被引入我国，在某种程度上缓解了我国大型矿井面临的采掘失调问题。连采机是集截割、装载、行走、喷雾降尘于一身的综合化采煤设备，具有巷道掘进速度快、成型好、掘进工艺简单、设备故障率低等优点，用于多巷布置的工作面巷道掘进，月进可达1 500～3 200m，最高日进达255 m。因此，连采机的推广对我国高产高效矿井的发展将起到至关重要的作用［3－5］。

1 工程背景

磁窑沟井田范围内多为低山黄土丘陵区，大部分面积被第三系上新统和第四系中、上更新统地层所覆盖。石炭系、二叠系地层仅在切割较深的沟谷中可见露头。整个埋藏深度都比较浅，最深处也只有200多m，煤层倾角较小，倾角仅有2°～5°，为缓倾斜煤层。井田内没有揭露断层，没有大的褶皱构造。井田开拓方式为平硐 － 斜井开拓，主采 10－1、10－2、11 及 13 号

煤层。采煤方法为一次采全高综合机械化采煤法，顶板管理为自然垮落法。

2 施工工艺

本文以10204回风巷掘进工作面(见图1)的现场条件为例，阐述了巷道掘进过程中各个工序的操作和配合。该施工巷道10204回风巷掘进工作面掘进采用连续采煤机来完成割煤和装煤工序，用梭车将割下的煤运输到破碎机，经破碎机破碎后，再通过系统皮带将煤运出，顶板采用四臂锚杆机进行锚杆支护，单体锚杆机施工锚索，煤电钻施工帮部锚杆支护。人员、材料和设备的运送选用防爆胶轮车来完成。

图1 掘进巷道位置示意图

2．1 落煤工序

选用12CM15－10D型连续采煤机(具体参数见表1)，完成落煤工序。

表1 12CM15－10D型连续采煤机技术特征表

1)连续采煤机截割方式。

掘进巷道位置示意图见图1。

12CM15－10D型连续采煤机采用手动方式操作，循环进度结合磁窑沟矿井顶板的实际情况，确定每循环进尺为6 m。但在顶板破碎、裂隙发育的情况下采取短掘短支的支护方式，每掘进3 m，支护3 m。

连续采煤机掘进过程中一次成巷。具体可分为“切槽”和“采垛”两个工序。司机在激光导向仪的指引下，激光偏左为连续采煤机滚筒长度3．2 m，连续采煤机先从激光左侧进刀，按巷道尺寸截割深度达6 m后，退机，这一工序称“切槽”工序，然后退出煤机，调整煤机到巷道另一侧，并以激光线确定位置，完成剩余宽2．2 m(辅运2 m)的“采垛”工序，见图2。

2)截割循环。

无论是“切槽”还是“采垛”工序，连续采煤机截割时，首先将采煤机截割头调整至巷道顶板，即升刀;扫去上一刀预留的200 mm左右煤皮，即扫顶;将截割头降低200 mm左右向前切入煤体900 mm，即进刀;然后由上向下切入煤体，即割煤;当截割头割到巷道底板时，煤机向后退800 mm左右，割完底煤使巷道底平整，装完余煤，即拉底;将煤机截割头调整在巷道顶板，接着进行下一个截割循环，每一个截割循环(一刀)工作面向前推进900 mm。当班完成全部掘进工作后，必须在巷道右帮标出当班掘进进尺、当班煤机司机及日期。

图2 连续采煤机切槽、采垛工序图

3)装煤、运煤工序。

采用连续采煤机自装煤方式，连续采煤机上装有收集头机构和中部输送机，连续采煤机截割时，煤落入收集头机构，装在收集头上的爬爪装载机构连续运转，将煤装入中部输送机，中部输送机便将煤转运到等候在连续采煤机后的梭车内。见图3。

图3 连续采煤机截割方式及截割循环图

梭车运煤工序及具体要求：用梭车运煤时，将梭车停在连采机后面等待装煤，当梭车前部装满时，开启输送机向后拉煤，当梭车煤装满时，给连采机司机一个信号停止装煤，然后将连采机采出的煤转运到破碎机破碎后，将煤转运到胶带输送机上。

4)支护。

在连续采煤机完成6 m的一个循环退出煤机后，锚杆机随即进入至空顶工作面使用锚杆机临时支护机构进行临时支护，紧跟施工锚杆进行永久支护且要对锚杆进行紧固。

5)清理浮煤工序及具体要求。

每班结束时或巷道内浮煤较多时，由装载机司机负责清理巷道内的浮煤。在清理浮煤时，应注意巷道两帮的风筒、水管、电缆等。

6)掘进工作面永久支护最小空顶距、最大空顶距的确定。

掘进工作面永久支护最小空顶距：由于连采机采煤需要留足够的空间进刀，故最小空项距为1 m;根据磁窑沟矿井顶板的实际情况及煤机司机严禁在空顶下作业，故确定掘进工作面永久支护最大空顶距为7 m(煤机驾驶室在有效支护顶板下的最大空顶距离)。

7)各工序之间的配合。

在正规循环过程中，连续采煤机司机应在梭车停稳接煤时立即开机装煤，梭车尽可能及时运行到采煤机后面等待装煤，连采机司机应和梭车司机相互配合好，保证将煤装入梭车车斗内不撒煤且不挤压煤机跟机电缆和水管;梭车司机在卸煤时一定要和给料破碎机司机配合好，保证煤能及时被破碎机运走而不压死给料破碎机;巷道支护要与掘进平行作业。采煤机掘进一个循环，退出煤机并调机至另一巷道进行掘进作业，锚杆机立即进入空顶区域进行锚杆支护。各工种作业人员应互相协调充分利用工时，提高生产效率，特别是要坚持正规循环作业，确保工作面安全生产和设备高效运转，从而实现稳产、高产。

2．2 锚杆支护工艺

选用锚杆机来完成铺网、打眼和锚杆安装工作。打锚杆时要严格按照锚杆机操作规程作业。锚杆机支护工打锚杆作业顺序为：铺网、钻眼、安装锚杆、紧固锚杆。

1)支护顶锚杆。

a)铺网。当连采机掘进完一个循环以后，连采机和锚杆机调机，锚杆机进入空顶区域，临时支撑升起对顶板进行临时支护，把网片平放在钻架临时支护上，首先升起两边钻架临时支护，将网片顶到顶板，要求与上片网搭接200 mm。

b)钻眼。上升钻杆使钻头顶住顶板，打眼时操纵钻机旋转阀及进给阀，进行钻眼。当钻杆钻入设计深度时，反向进给，同时继续保持钻杆旋转，将钻杆退出。

c)安装锚杆。取规定数量的树脂药卷放入眼内(正常放1根 CK2335型树脂，涌水大的钻孔放2支)，然后用锚杆顶住药卷穿入钻孔内，将锚杆头放入搅拌器，升起钻箱直至锚杆底部到达眼口约20 mm处，转动搅拌器搅拌树脂，时间约10～12 s，然后上升锚杆将托盘紧贴顶板，并等待10～40 s。

d)紧固锚杆。待树脂凝固后，旋转钻箱紧固锚杆(注意不能给进)，使其扭矩不小于100 N/m(必要时进行二次紧固)。下移钻箱与钻架临时支撑，调整钻架位置。

2)支护帮锚杆。

用煤电钻施工帮锚杆，帮部支护距工作面为20～50 m。锚杆间排距为1 000 mm×1 500 mm，锚杆规格为d16 mm×1 800 mm，树脂规格为CK35400，1卷/眼。金属网规格为1 200 mm×5 400 mm。网片与顶网搭接200 mm，帮网与帮网之间搭接200 mm。

3)锚索支护采用单体锚杆机施工，工艺与顶锚杆不同的是：锚索搅拌好后，上托盘和锁具，并用张拉泵张紧，使张拉预紧力达到100 kN。锚索支护距工作面不超过60 m。

3 支护要求

1)锚杆支护要求．

a)锚杆外露长度从螺母算起不大于50 mm;锚固力不小于50 kN;顶锚杆扭矩不小于100 N·m，帮锚杆不小于60 N·m。

b)锚杆方向应垂直于顶板或在75°～105°，遇裂隙时，锚杆要尽量垂直于裂隙面;帮锚杆垂直巷帮布置，托盘垂直于顶底板。

c)顶锚杆、帮锚杆均使用树脂药卷CK23350，每孔使用药卷1根。

d)锚杆间、排距误差不大于+100 mm。

e)每安装300根锚杆必须做3组(每组3根)锚杆拉力实验，锚固力不低于设计值的90%。

2)铺网要求。

a)严格按照设计要求挂顶网和帮网。

b)顶网必须靠副帮铺设，在正帮应留出200 mm以上的距离，前后两片网间搭接200 mm，并用锚杆将搭接部分压实。

c)帮网间搭接200 mm，两帮网向上与顶网搭接，压茬部分不少于200 mm。

3)锚索支护要求。

a)锚索支护采用成排布置方式，严格按照锚索支护设计方式进行支护。

b)锚索眼深6．2 m，每孔不少于3支药卷，药卷搅拌时间按药卷说明书进行，严禁随意截短药卷或钢绞线。

c)锚索抗拔力应在150 kN以上，张拉预紧力为100 kN。

d)锚索应尽量与岩层面垂直布置，外露长度从锁具算起在200～300 mm。

e)每安装100套锚索必须做1组(10根)锚索拉力实验。

4)帮锚及锚索距掘进头的要求。

工作面最后一排帮锚杆距离掘进头不得大于50 m，最后一排锚索距离掘进头不得大于50 m。

4 结论

1)通过使用12CM15－10D型连采机，巷道掘进速度大大提升，月掘进速度最快可达1 100 m多，大大缓解了采掘接替紧张的局面。

2)液压锚杆机的使用，减轻了工人劳动强度，同时也降低了噪声污染［6－7］。

3)掘进速度明显加快，提高了掘进工效，降低了巷道掘进的人工费用。但同时也有一定的弊端，尤其是在地质条件比较复杂的矿井，连采机的转向、切割比较困难，效率会降低。

总之，以连采机为主的掘锚一体化技术未来将会在我国的西北矿区发挥重大作用。

［1］ 祁世栋，邹 杰．连采机行走胀紧装置的分析改进［J］．煤矿机械，2011，32(2)：166－167．

［2］ 司志群，田军先．掘锚一体化实现煤巷快速掘进的几点思考［J］．煤矿开采，2006，11(4)：22－24．

［3］ 翟德元，张子飞．神东矿区高产高效矿井的技术创新战略与发展模式［J］．山东科技大学学报(自然科学版)，2001，20(4)：89－94．

［4］ 赵增辉，张建中．对掘支锚一体化试验的几点认识［J］．煤炭技术，2006，25(4)：49－50．

［5］ 邵 智，李 刚．掘锚一体化技术研究与分析［J］．应用技术，2011(10)：306

［6］ 王艳杰，张宏伟．连续采煤机的国产化之路［J］．煤炭机械，2010，31(2)：157－158

［7］ 牛宝玉，采掘锚一体化快速掘进成巷技术［J］．煤炭工程，2003(11)：9－12．