软煤层条件下掘锚机在长平煤业中的应用

张 玮

（晋能控股煤业集团长平公司，山西 晋城 048006）

近些年，掘进速度低于回采速度成为了煤矿采掘关系紧张的主要矛盾点[1]。采煤工作面智能化程度越来越高，因此对采掘工作面的推进速度提出了更高的要求[2]。实现采掘设备的智能化操控，已成为采掘设备升级改造的重要方向[3]。目前长平公司煤巷采用的EBZ150（160）掘进机+CMM2-15（20）钻车，底抽巷采用EBZ200（260） +180 N·m 液钻，是目前国内煤巷掘进中快速、高效、安全的设备[4-5]。

1 煤巷概况及存在问题

长平公司3#煤巷具有“三高、三软、三多、一差”的特征（即高含量、高压力、高应力；煤层软、顶板软、底板软；断层多、陷落柱多、煤层含水层多；透气性差）。开采区域埋深超过700 m，局部接近800 m。五盘区大巷为“四煤两岩”六条大巷布置。如图1。

图1 五盘区大巷“两岩四煤”布置剖面图

瓦斯含量随埋深逐渐增加，受泮沟南向斜、断层、陷落柱影响大，而试验应用的五盘区胶带机巷煤层埋深720 m，原始瓦斯含量15 m³/t。五盘区胶带巷掘进期间残余瓦斯含量为7.2 m³/t。工作面采用2×55 kW 风机，风量850 m3/min，工作面探头在0.3%～0.4%，回风探头0.4%～0.5%，瓦斯涌出量3.4～4.25 m3/min。

目前，长平公司掘进工作面主要分为3#煤巷和底抽巷两类，两种掘进生产作业线主要存在工作面设备多、机械化程度不高、工作劳动强度大、设备管理难度大、作业工序不连续等问题。为了解决以上问题，在多方调研和数据分析的基础上，对现有的EBZ160 综掘机进行了升级改造。长平矿煤层及地表标高变化趋势如图2。

图2 长平矿煤层及地表标高变化趋势

2 掘锚机EBZ160M-4 型简介

EBZ160M-4 型掘锚一体机是基于长平公司当前3#巷掘进的现状，对现有EBZ160 综掘机升级改造研发的一部快速掘进装备，实现了掘、锚二合一的快速掘进目标，主要改造内容有（如图3）：

图3 掘锚一体机改造结构图

（1）增加两台前钻臂（转矩300 N·m，转速550 r/min，推进行程1660 mm，伸缩行程3.9 m）；

（2）改造铲板部（由2.8 m 改造为后3.2 m）；

（3）配置电液比例控制阀实现了无线遥控技术，可实现截割、铲板、行走、星轮、输送、后支撑远程遥控控制（遥控距离可达50 m）；

（4）新增了移动式钻臂操作平台和机载式临时支护平台（最大支撑高度5 m，支撑力20 kN）；

（5）设计面板切换阀实现截割系统和锚钻系统的功能互锁；

（6）增加两台后钻臂（转矩135 N·m，转速350 r/min，推进行程1000 mm，伸缩行程3.9 m）。

3 掘锚一体机的应用及不足

长平公司从2020 年2 月20 日开始，将改进后的EBZ160M-4 掘锚一体机应用于3#煤胶带机巷的快速掘进工作中，基本实现了安全掘进和高效掘进，同时也存在一些突出的问题亟待解决。

3.1 安全掘进

从本质设计保障安全，通过切换阀实现截割和锚钻系统的功能互锁，装备实现了本质安全型；将原综掘机+钻车的设备合二为一，降低了设备管理难度；EBZ160M-4 掘锚一体机实现遥控操作，割煤简单，提升了50%效率，使得设备管理简单化；采用了操作平台+机身平台的一体化设计方式，平台面积为（3.8 m×1.5 m），职工操作安全可靠，作业条件得到改善；掘锚一体机EBZ160M-4 割煤后，能够及时升紧临时支护，空顶时间为“零”，杜绝了迎头顶板事故的发生。

3.2 高效掘进

原工作面在每个循环过程中存在4 次进退机，用时16 min。改造后的EBZ160M-4 一体机存在1次退机，用时1 min。每个循环节省15 min，减少了作业工序，提高了掘进效率。由于15 钻车的平台高度为1.1 m，无法满足长平公司排放孔的施工要求，所以需要搭架作业，工序复杂。采用EBZ160M-4掘锚一体机后，操作平台的高度2.2 m，很好地解决了施工排放孔的要求。目前16 个排放孔的时间在4 个小时，节省了30 min，加快了排放孔的施工速度。

EBZ160M-4 掘锚一体机采用机载液压涨拉泵，涨拉1 根锚索用时1 min，较风动涨拉泵快了2 min，每个循环节省时间20 min。该一体机共有4个钻臂，其中两个前钻臂施工需要4 个人，后钻臂需要2个人，迎头的作业人员由原来的7人降为6人，降低了工人的劳动强度。使用EBZ160M-4 掘锚一体机后，进尺稳步提高，周进尺最高49 m，日均进尺由原4.5 m 提升至7 m，提升效率将近50%。

3.3 掘进中存在的问题

改造后的EBZ160M-4 掘锚一体机在掘进工作中主要存在接地比压大易卧机、钻臂伸缩困难、钻臂液管多易拌断、铲板宽度不足不易收煤、操作平台满足不了施工检测孔的要求、推进器不满足设计预紧力矩的要求、作业工序多等问题。通过应用发现问题再做进一步的改善。

4 掘锚一体机的应用完善

针对改造后的EBZ160M-4 掘锚一体机在掘进中突显的问题，进一步完善改进后如图4。

图4 改善后的EBZ160M-4 掘锚一体机

（1）接地比压大易卧机的原因为改造以后接地比压由原来的0.14 增加到0.21，卧机的风险增加。改进措施为将原来160 的履带更换为200 的履带，减少接地比压。

（2）钻臂伸缩困难的原因为钻臂伸缩采用滑道的方式，伸缩过程中，由于平面滑动接触，使得接触面积大，造成伸缩期间摩擦较大，运行不灵活造成每次循环都不同程度的影响掘进时间。改进措施为钻臂伸缩采用滚轮式，彻底解决伸缩困难这个难题。

（3）钻臂液管多易拌断的原因为钻臂结构有缺陷，设计时油管布置采用外露式，共有36 根，造成油管和监测线经常卡绊。改进措施为油管布置采用隐藏式，外露只有3 根油管。

（4）铲板宽度不足不易收煤的原因为机身的宽度为3 m，铲板的宽度为3.2 m，进刀收煤的时候容易挂机身，造成机组司机收煤不净。改进措施为将铲板的宽度增加到3.6 m，便于机组司机二次进刀收煤干净。

（5）操作平台满足不了施工检测孔的要求的原因为目前操作平台为3.8 m×1.5 m，满足不了施工检测孔的要求。改进措施为根据检测孔的布置图，将平台的宽度修改为4.5 m×1.5 m。

（6）推进器不能满足设计预紧力矩的要求，作业工序多的原因为掘锚一体机的钻臂推进器给的预紧力矩为245 N·m，满足不了帮锚杆预紧力400 N·m 的要求，所以还需要用风动扳手进行紧固。改进措施为将推进器的线性马达的型号由L30-25更换为大扭矩的线性马达L30-42，扭矩由原来的245 N·m 增加到800 N·m。

（7）从强化瓦斯抽采方向助推采掘提效。五盘区煤巷掘进期瓦斯含量在8 m3/t 以下，但由于煤层埋深大、煤体松软、斜茬煤发育，影响截割速度和割煤效率。区队在执行“四位一体”防突措施中，遇到煤体变化、巷道应力叠加等异常情况下，要恢复小循环掘进，瓦斯释放孔的施工对生产有一定影响。因此，还需要持续加大瓦斯抽采力度，强化瓦斯“降量卸压”，真正实现“高瓦斯头面，低瓦斯掘进”的目标。

5 结语

长平公司自2020 年2 月开始，将掘锚一体机EBZ160M-4 应用于胶带机巷的采掘中，截至目前，工作稳定可靠且能够满足巷道的快速掘进要求，单班最高进尺5 m，日最高进尺8 m，月最高进尺216 m，平均每天进尺7 m，实现了掘、锚二合一的快速掘进，实现了煤巷掘进“安全、高效、达标、文化”四方面的变化。