掘锚探一体机在大断面巷道掘进中的应用

2021-03-16

当代化工研究 2021年3期

（汾西矿业集团水峪煤业山西 032300）

当前我国煤矿开采工作的发展速度不断加快，为社会生产和人们日常生活提供了大量的煤炭资源，推动着我国社会经济的快速向前发展。现阶段，我国很多煤矿开采工作单位，在煤矿巷道开采工作中，采用悬臂式掘进机配合锚杆钻机进行煤矿巷道掘进工作，这种传统的煤矿巷道开采工作方式，存在的主要问题表现在综掘机设备开进开出非常频繁，并且开机率偏低，锚杆钻机主要通过人工来进行搬动，整个掘进和支护工作消耗的时间较长，同时人力资源投入量较大，因此，整个煤矿巷道的掘进工作效率和安全性有所不足。为了有效适应我国社会经济的快速发展趋势，通过新型的掘锚探一体机设备应用，在我国一些大断面煤矿巷道掘进工作中应用效果非常明显，全面提高了煤矿巷道的掘进工作效率和质量，同时在整个工作安全性和经济性上有了充分的保证。

1.工程概况

针对我国某地区一处生产能力为240t/a煤矿开采工作面展开了分析和研究，该煤矿开采工作面属于大断面巷道结构，属于瓦斯矿井。煤矿巷道内部平均煤层厚度为5.08m，煤层结构构成比较简单，其中包含了0～3层的煤矸石煤层厚度平均且稳定，全部井田范围内含有大量可开采稳定煤炭资源。煤层顶板当中大多是以中细颗粒砂岩，局部为泥沙砂质，泥岩底板为泥岩，砂质泥岩局部区域为细砂岩，整个地质条件构成比较简单，水文地质条件稳定。针对该煤矿开采工作面掘进工作过程中，对掘锚探一体机设备的使用进行了全面探索，通过掘锚探一体机设备的运用，全面提高大断面煤矿巷道的掘进和支护工作效率，支护工作方式上主要是锚网联合支护形式[1]。

2.煤矿巷道支护工作方式

在该煤矿巷道的支护方式上采用的是上部净宽度4800mm，下部净宽度6000mm，煤矿巷道的总高度为3500mm，属于一种梯形断面结构，巷道断面面积大小为18.5m2，属于大断面巷道。在本次巷道的交叉点断层结构和围岩的破碎带等特殊位置，通过在原有的支护结构基础之上，使用锚索支护方法设定出单体支柱。通过使用锚架联合支护支撑的方法来加以保障。

图1 煤矿巷道支护工作方式

在顶板支护工作中，通过使用锚杆锚索组合支护方式，每一排布置出7根螺纹钢，锚杆和锚索间排距离为7500mm×900mm支护锚杆规格为22mm×2400mm，与150mm×150mm×10mm的拱形托盘来配合运用。锚索设计方法属于交替设计，在煤矿巷道的左侧区域依次进行排序，在锚索的第3个、第5个，以及锚杆孔洞内部第1个和第7个锚杆进行交替设置，配合使用250mm×250mm×20mm专用拱形托板。如图1所示，网片材料使用的是5600mm×1150mm的菱形网结构，钢带使用的是梯形钢带顶部锚杆预紧力距小于150mm，同时锚索在工作过程中的预应力大小不能小于98kN。通过煤矿巷道的支护工作方式，可以看出巷道的高度相对较高，锚杆和锚索的支护密度较大，通过使用普通锚杆的钻机，在整体的施工难度上相对较大，整个工程施工效率较低。由于巷道断面结构为梯形断面，锚杆的施工角度把控存在较大的难度，普通的锚杆钻机施工效果不佳，通过现场工作勘测选择掘锚探一体机设备，在该巷道掘进工作当中加以应用，全面提高巷道决定工作的整体质量和效果。

3.掘锚探一体机设备在大断面巷道掘进工作中的具体应用

通过掘锚探一体机设备的有效使用，在大断面巷道掘进工作中可以实现煤体截割、巷道临时支护、巷道永久支护以及煤炭资源运输等各项工作，充分保证整个巷道掘进工作的连续性和稳定性，全面提高锚杆支护工作的整体效率，同时在整个支护工作效果更加明显节省了大量锚杆支护材料。在本次巷道掘进工作当中，使用的是EBZ200M-4掘锚探一体机设备来进行截煤和装煤，并且配套使用DSJ-80带式运输机，对截割完成之后的煤炭进行运输。通过使用MJXY250/600E型锚杆钻机设备，对煤矿巷道的顶部进行支护和处理，通过使用手持式帮锚钻机设备，对底角部分进行锚网支护施工。在具体的施工过程中，主要施工流程分为以下几个方面：

第一，截割煤体。根据煤矿巷道掘进工作要求，对巷道的整体轮廓进行分析，一次截割2倍左右的锚杆间距，截割工作完成之后需要对铲板位置存在的浮煤进行彻底清理。掘锚探一体机设备在煤矿巷道中心位置处停机，截割部分的巷道中心位置和迎头间距大小为500mm左右。

第二，临时支护施工。如图2所示，在煤矿巷道表壁位置，通过人工吊挂防护网，同时在漏顶板位置设置出菱形网。通过启动机载式临时支护结构，合理使用掘锚探一体机设备，液压泵对其进行供油工作通过操作换向阀，可以有效保证液压油直接进入到分流集流阀内部。通过平衡阀和支撑油缸以及折叠油缸的作用，推动升降油缸内力柱不断升高。通过调节三组油缸保证顶架调整到正常的工作高度和角度，当达到顶架锚网和顶板吻合之后停止施工。

图2 临时支护结构

第三，永久支护施工。主要指的是锚杆锚索支护工作，根据支护设计工作方案在煤矿巷道内部设置出锚杆钻孔。锚杆钻机设备需要准确找到锚杆的正确安装位置，钻孔工作完成之后需要向其中放入树脂药卷，对锚杆和锚索进行安装。通过操作换向阀保证两侧的钻锚滑轨向前伸出。在操作工作之前需要保证前部锚杆断机换向阀，完成对整个钻机的旋转和定位，同时顶部锚杆和锚索可以使用后部的锚杆钻机来进行施工和安装。

4.掘锚探一体机设备在大断面巷道掘进工作中的应用效果

(1)现场施工效果分析

掘锚探一体机设备在2019年3月，正式在该工作面巷道内部组装完成，并且经过工作人员到反复实验调试，在3月10日正式开始工作。单根锚杆的作业时间为4min，单根锚索的施工作业时间为12min。相比于普通的钻机而言，锚杆锚索的整体施工效率分别提高了20%和50%，同时最大的进尺量为6.5m，煤矿巷道的掘进工作效率提升了30%。通过掘锚探一体机设备的有效应用，大大降低了人力资源的投入量，在煤矿工作面内部由原本的6个工作人员减少到4个工作人员，大大降低了人工成本的投入量，同时降低了工作人员的劳动强度，也控制了工作面内部的粉尘浓度。

(2)巷道支护效果

煤矿巷道支护工作效果分析，通过使用十字断面测量法，对锚管支护工作之后的巷道表面位移情况进行了全面监测和分析，实际的监测工作结果，如图3所示。通过图3当中的数据分析可以看出，随着煤矿巷道掘进工作面的不断向前推移，煤矿巷道顶板的下沉量和两边的收缩量整体呈先急剧上涨后缓慢增长，最后趋于平稳的发展态势，距离掘进工作面30m，工作范围之内，属于煤矿巷道围岩顶板变化最为明显的阶段，同时顶板和煤帮的位移斜率相对较大，距离掘进工作面30～120m范围内，属于巷道围岩缓慢变形阶段，顶板两边的位移变化量相对较小，通行量分别为35mm和50mm。

图3 巷道表面位移监测

通过在煤矿巷道顶板位置设置出两个锚杆测力计设备，用于对锚杆的预应力大小进行监测。通过实际监测工作结果分析可以看出，锚杆的运力变化规律和煤矿巷道表面的位移变化规律尽量保持相同，同样属于先急剧上升后缓慢增加的发展趋势。机载式锚杆钻机具有更大的输出扭距，可以为锚杆提供出强大的支撑力，支撑力大小可以达到60kN以上，当煤矿巷道产生变形问题时，锚杆的加固作用可以对煤矿巷道的变形起到有效的约束效果，锚杆的最终预紧力大小可以保证在90kN左右。通过煤矿巷道表面位移和锚杆预紧力监测数据分析可以得出，掘锚探一体机设备在使用工作完成之后巷道整体的变形量较小，整体的支护效果非常明显，相比于原有的支护方法整体的稳定性大大提升，可以有效满足煤矿巷道的安全回采工作要求。