EBZ160型掘进机掘锚护探一体化改造实践

赵海龙

（山西汾西矿业集团公司 机电处，山西 介休 032000）

目前，汾西矿业集团公司回采工作面已全部实现综合机械化采煤，掘进工作面也都使用上了掘进机组作业，但掘进巷道内的临时支护、锚杆锚索永久支护、探放水等工艺仍然要靠人工来完成，为了进一步降低工人的劳动强度，提高掘进工作面的单进水平，改善工人的工作环境。为此，公司于2017年通过立项，组织对巷道掘进机实施了机械化改造。

1 掘锚护探一体机改造方案

为了充分发挥现有掘进机组的作用，使其具有巷道掘进、锚（网）杆支护、探放水多种功能于一身的综合机械，我们矿实施了对现有的三一重工生产的EBZ-160型悬臂式掘进机悬臂段进行改造，机型见图1。

图1 折叠式掘锚护探一体机

1）根据现有掘进机的接口尺寸进行针对性设计，只需将原有掘进机的截割部拆下，将含有掘锚护探功能的截割部更换上。

2）增加相应的小型电控箱，使其具有锚护探的遥控操作功能，且在遥控失灵时（如遥控器没电等情况），可通过前端的操作手柄进行操作。

3）将新的截割部的液压系统接入原有掘进机的液压系统（且具有切换功能），与掘进机整机使用同一个泵站。

4）锚杆钻杆和探放水钻杆的使用可通过更换连接部件实现。施工锚杆钻孔、探放水钻孔结构见图2～图5。

图2 施工角锚杆结构

图3 施工帮锚杆结构

图4 施工顶部锚杆结构

图5 进行前探打孔结构

2 掘锚护探一体机主要特点及主要性能参数介绍

2.1 掘锚护探一体机主要特点介绍

掘锚护探一体机是巷道掘进与锚索锚杆支护、探放水可以连续作业的设备。掘进机进行切割、装载、运输作业；临时支护是在掘进后及时对空顶区进行临时支护，以保障工人锚杆作业时的安全；锚杆机可钻锚杆孔、搅拌树脂药卷和安装锚索锚杆，并且对锚杆螺母进行拧紧，以达到初始预紧力要求。并通过变换连接头可进行探放水。该机适用于煤巷或半煤岩以及软岩的巷道掘进与锚索锚杆支护、探放水作业。该机具有如下显著技术特点：① 优化整机结构，在增加锚杆钻机和护顶装置后与原掘进机截割部外形尺寸一样；② 打锚、打探水钻孔时截割部落地，能满足煤矿安全作业规程要求；③ 切换速度快，掘进、锚护探工作只需简单的折叠、伸开即可；④ 锚杆钻机可实现左右横移，左右旋转，向前旋转，工作效率高，并且可施工帮锚杆；⑤ 临时支护装置能及时控顶，还能在永久支护时托住金属菱形网及W钢带；⑥ 适用于矩形、梯形和拱形巷道，宽度范围为3.5～5.5 m，高度范围为2.4～4.5 m，适应范围广；⑦ 针对不同型号掘进机，可通过更换截割部进行升级改造为掘锚护探一体机。

2.2 掘锚护探一体机主要性能参数

适应岩层硬度：截割：≦f6，钻机：≦f8；钻孔直径：Ф28～32mm；适应钎具：Ф19/Ф22mm；噪声：3dB(A)；推进行程：1.4 m；锚杆机最大进给力：21 kN；定位锚护高度：2.8～4.0 m；定位锚护宽度：3.5～5.0 m；锚杆机数量：2；锚杆机额定转矩：300 N·m；锚杆机额定转速：460 r/min；空载推进速度：1300mm/min；锚杆机摆动角度：前后：-10°～100°，左右：10°～-100°。

3 31116 材巷掘锚护探一体施工应用

3.1 311.6 材巷概况

31116材巷位于下卫底村东北约160 m，紧邻西曹村西南面，井下南邻31114工作面，西部为三采区大巷，北为四采区，东为贤者向斜轴部，设计全长2360 m，巷道主要用于工作面掘进时期出煤、行人，回采时期的进出设备、材料、进风等。工作面平面见图6。

图6 31116材料巷平面布置

3.2 煤层赋存及顶底板情况

工作面开采太原组9#～10#～11#煤，煤层结构为3.26(0.45)2.85(0.05)0.68，煤层总厚度平均7.22 m。属复杂结构煤层，煤种为瘦煤，稳定可采。煤层倾角最大12°，最小3°，平均5°。

表1 煤层顶、底板情况

3.3 地质构造

工作面位于贤者向斜轴西翼，受其影响，地质构造复杂。煤层总体为一单斜构造区，产状为走向北东，倾向南东，倾角约-5°。

工作面地质构造复杂，陷落柱发育。根据上组煤地质资料（七采区）分析推断，预计材料巷道掘进中将揭露2条断层F1（倾向319°、倾角67°、落差1.1 m）和F2（倾向64°、倾角68°、落差5 m）；揭露Z1和Z2两个陷落柱，影响范围约518 m。地质构造复杂。

3.4 巷道断面及支护参数

巷道毛断面为5.1 m×3.15 m，沿煤层底板掘进，顶板为螺纹钢锚杆、锚索、金属菱形网、W钢带联合支护，两帮为金属圆钢锚杆支护。

巷道顶板采用Ф20mm×2200mm螺纹钢锚杆（两边角采用Ф20mm×2400mm螺纹钢锚杆），顶板锚杆呈矩形布置，除两根边角锚杆与顶板夹角不小于75°向帮内倾斜外，其余均垂直于顶板布置。顶板锚杆布置形式为“六·六”矩形，间距900mm，排距1000mm。巷道两帮均采用Ф16mm×1800mm的圆钢锚杆，两帮锚杆均“三·三”矩形布置，间距为1000mm，排距为1000mm，两帮锚杆均垂直于两帮布置，每根帮锚配套长×宽=300mm×400mm的钢带托板。巷道每隔3 m布置一组锚索(锚索“二·二”矩型布置)，锚索间距为2000mm，排距3000mm。锚索采用Ф21.6mm的钢绞线，长度6.3 m，穿层掘进期间锚索长度视顶煤厚度而定，必须保证锚索锚入K2灰岩1.0m深。每根锚索配套一块长×宽×厚=300mm×300mm×14mm的铁板。支护断面见图7。

图7 31116材料巷支护断面

3.5 掘锚护探一体机施工效果

自2017年7月中旬以来，采用上述掘锚护探一体化装备在31116材巷成功安装，在为期3个多月的试用过程中，合理优化组织、调整施工工序，通过培训及现场操作相结合提高各司机、检修维护工的熟练度，掘进月进尺由240 m提升到了340 m，掘进速度提高41.7%，效果较为显著。

4 结语

掘锚护探一体机是自动化程度高、施工速度快、安全性能好的一体化设备，是将掘进、临时支护、永久支护、探放水结合在一起的设备，该设备工艺既提升了掘进效率，又节约了时间、节约了设备投资成本、降低了工人的劳动强度，为煤矿安全高效生产奠定了基础。目前我公司各矿井均在积极推广使用。