掘锚一体化大断面巷道一次成型技术应用

焦卫军 段书文

（国家能源宁夏煤业有限责任公司枣泉煤矿，宁夏 银川 750411）

受能源赋存结构的影响，在未来相当长的一段时间内，我国以煤炭为主的消费结构不会改变，随着科学技术和采掘装备的不断进步发展，综采、综掘、综放等机械化采煤工艺已经广泛应用于我国大中小矿井[1-2]。井下巷道掘进一直是制约煤矿高产高效的重要因素之一，巷道掘进包括掘进和支护两大作业环节，掘进作业与支护作业相互制约、影响，无法实现巷道的连续掘进作业，导致巷道掘进速度普遍较慢。为此，专家学者提出将掘进和锚杆支护作业一体化，解决掘进与支护作业相互制约问题，实现巷道连续掘进作业，有效提高掘进效率，缓解矿井采掘接续紧张问题[3-5]。

1 工程背景

枣泉煤矿220707 工作面辅助巷所揭露煤层为7 层煤，倾角1.5°～19°，煤层厚度变化较大，在3.55～4.35 m 之间，去除夹矸厚度，煤层平均厚度约2.13 m，属较简单结构煤层。煤层含一层夹矸，夹矸厚度不稳定。煤层顶板为粉砂岩、细粒砂岩互层，厚度在4.9～11.79 m，平均厚度8 m；底板为粉砂岩、中粒砂岩、细砂岩互层，厚度在7.2～10.93 m，平均厚度11.04 m。220707 工作面辅助巷掘进断面设计为拱形，掘进宽度设计为5500 mm，掘进高度设计为4350 mm。

2 掘锚一体化大断面一次成型技术

220707 工作面辅助巷设计采用掘锚一体化大断面一次成型技术，主要包括掘进工艺和巷道支护参数。

2.1 巷道掘进

2.1.1 设备特点参数

EBZ200M-4 掘锚机属于悬臂式纵轴掘进机，可实现径向断面截割，技术参数见表1。掘锚机可实现远程控制和自动截割功能，设备设有远程遥控器，可远程操控掘锚机实现整机行走、记忆截割等功能。

表1 EBZ200M-4 掘锚机技术参数表

2.1.2 掘进工艺

（1）掘锚机开机顺序

操作顺序：开机前准备→发出开机警示→开动油泵电机→开动第二部运输机→开动第一部运输机→开动耙爪→开动截割头→打开EBZ200M-4 掘锚机喷雾，同时开始截割、出渣、移机。

（2）截割顺序

① 掘锚机采用横向往复式截割，截割时截割头调至巷道右下部开口进刀，进刀深度以0.5 m 为宜，采取先中间后两帮的顺序初步截割出断面形状，然后根据激光束指定的断面轮廓线进行帮部修正。

② 当截割较软煤层时，采用左右摆动循环，由下向上截割；当截割较硬煤层时，采用左右摆动循环，由上向下截割。

③ 采用自下而上，先软后硬，先割中间，后刷两帮成巷的方式截割。拉底、刷帮时，将掘锚机后退，由外向里逐段拉底并刷直帮部。

2.1.3 临时支护方式

巷道掘进时，采用EBZ200M-4 掘锚机自身机载液压前探梁支架进行临时支护，临时支护最大控顶距1240 mm，最小控顶距340 mm，循环进度确定为900 mm。EBZ200M-4 掘锚机自身机载液压前探梁支架主要技术参数见表2。

表2 机载液压前探梁支架主要技术参数

2.1.4 装载及运输工序

采用EBZ200M-4 掘锚机截割方式进行掘进。EBZ200M-4 掘锚机机身前方装有铲板及星轮和一部刮板输送机、二部运输机。

EBZ200M-4 掘锚机前进及割煤时，铲板铲入浮煤，通过星轮的连续旋转将浮煤装入一部刮板输送机，然后转载至二部输送机，经二部输送机转载至巷道内的胶带运输机上运出。

多部运输设备启动时，按照由外向里的顺序启动设备。具体启动顺序如下：东主斜井胶带输送机→22 采区运输上山胶带输送机→220607 工作面胶带巷胶带输送机→220607 工作面2#联络巷电滚筒皮带→220707 工作面辅助巷胶带输送机→掘锚机二运→掘锚机一运。

多部运输设备停机时，按照由里向外的顺序停机。具体停机顺序如下：掘锚机一运→掘锚机二运→220707 工作面辅助巷胶带输送机→220607 工作面2#联络巷电滚筒皮带→220607 工作面胶带巷胶带输送机→22 采区运输上山胶带输送机→东主斜井胶带输送机。

2.2 巷道支护

220707 工作面辅助巷采用“锚网索梁喷”联合支护形式，具体支护参数如下：

（1） 锚杆。 巷道拱部采用20#-M22-2500 BHRB335 型、帮部采用20#-M22-2000 BHRB335型左旋螺纹钢锚杆，拱帮部锚杆间、排距均为800 mm×900 mm，采用1 节MSK2370、1 节MSZ2335型树脂药卷锚固，外端配合规格为150 mm×150 mm×10 mm 的穹型铁托板支护，锚杆预紧力矩要求达到200 N.m，锚固力要求达到50 kN。

（2）钢筋网。巷道拱、帮部全断面挂Ф6.5 mm 圆钢焊接的钢筋网（钢筋网长度11 400 mm，宽均为1000 mm，网孔尺寸100 mm×100 mm，钢筋网采用电焊焊接工艺加工，钢筋网长、短边均折回50 mm 后再进行焊接），钢筋网搭接布置，搭接长度100 mm，采用14#铁丝双股扣连接，并且扭结不少于三圈。

（3）钢筋梯。采用两根Ф16 mm 圆钢焊制，规格为8600 mm×80 mm，钢筋梯内沿宽80 mm，档距为顶锚杆间距。

（4）锚索。锚索采用Ф21.8 mm×6300 mm的预应力钢绞线，锁具采用KM22 型锚索锁具，间排距为1800 mm×1600 mm，每根锚索充填二节MSK2370、一节MSZ2335 树脂药卷，锚索预紧力达到300 kN，锚索配套300 mm×300 mm×16 mm穹形锰钢托盘。

3 现场试验

为加快220707 辅助巷成巷速度，采用双向对头掘进方式，正向掘进采用EBZ260 综掘机掘进，反向采用EBZ200M-4 掘锚一体机掘进，采用掘锚一体化大断面一次成型技术，从设备检修率，月度进尺、支护效果和工效进行了分析对比。

（1）从设备检修来讲，两种设备每天安排2个人检修，主要更换截齿、更换损坏管路、添加油脂等，检修工序几乎相同。

（2）自2 月底EBZ200M-4 掘锚一体机投入使用以来，分别对两种设备的掘进面进尺进行了统计，见表3。两种设备在同样地质条件下，随着设备的不断磨合，月进尺出现明显差异，月掘进效率差别20%以上。

图1 巷道支护断面图（mm）

表3 EBZ260 与EBZ200M-4 掘进进尺统计表

（3）综掘机每米支护时间约68 min，掘锚一体机每米支护时间54 min，巷道成型规整。

（4）掘进工效方面，使用EBZ260 综掘机的工作面最高工效为0.33 m/工，EBZ200M-4 掘锚机的工作面最高工效为0.46 m/工。

（5）支护效果方面，掘锚一体化大断面一次成型技术实现了及时支护，巷道围岩控制效果有所改善，顶底板最大移近量125 mm（同比降低15.5%），两帮最大移近量108 mm（同比降低17.9%）。

综上所述，掘锚一体化大断面一次成型技术的成功应用，改变了现有掘进支护工艺，有效提高了煤矿巷道掘进效率，推进了我国采掘技术和装备的进步。

4 结论

为提高煤矿巷道掘进效率，缓解采掘接续紧张局面，提出采用EBZ200M-4 掘锚机实现枣泉煤矿220707 工作面辅助巷大断面巷道一次成型。基于此，介绍了EBZ200M-4 掘锚机技术参数，阐述了掘锚机一体化掘进工艺、临时支护方式、装载及运输工序，设计了220707 工作面辅助巷支护参数。技术应用后，巷道掘进效率提高了20%以上，同时，实现了及时支护，巷道围岩控制效果有所改善，顶底板最大移近量125 mm，同比降低15.5%，两帮最大移近量108 mm，同比降低17.9%。