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）

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5.2m×3.5m，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40mm×40mm。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 mm×10 mm×200 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。

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。

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/d×365d×42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。