掘进机选型方案的设计

王 伟

（大同煤矿集团宏泰矿山工程建设有限责任公司， 山西 大同 037003）

引言

巷道掘进作为工作面开采的基础，其掘进效率及质量直接决定后续工作面煤炭的开采[1]。目前，应用于巷道掘进的设备有掘进机、凿岩机等。应用于掘进工作面的掘进设备直接决定工作面的掘进效率及质量，因此，开展对掘进机选型方案的研究是十分有必要的，确保所选掘进设备能够适应煤矿的实际情况，充分发挥其“破、装、运、支”四个功能。

1 掘进机选型原则

掘进机选型所需遵循的要素包括有截割介质的硬度、掘进断面的类型、截割能力以及工作面角度、对地压力等[2]。

1.1 截割介质硬度

根据掘进设备所应用工作面介质的硬度，选用匹配的掘进设备，选型依据如表1 所示。

表1 掘进设备选型依据及功率

1.2 掘进断面类型

根据不同的掘进断面类型，选用适当的掘进机。在实际掘进过程中可能出现矩形、梯形以及上圆下方等几种断面[3]。当掘进断面的面积小于15 m2时，该断面采用一次成型的切割方式；当掘进断面的面积大于15 m2，该断面采用二次成型的切割方式，要求二次切割的断面面积小于第一次切割的面积[4]。

1.3 掘进机截割功率

首先，根据工作面介质的硬度初步确定所选悬臂式掘进机的类型；其次，根据初步所得掘进机的类型通过查表的方式得出该掘进机截割头截齿的平均直径和长度；最后，根据式（1）得出掘进机的截割功率[5]。

式中：N为掘进机的截割功率，D为所选掘进机截割头截齿的平均直径，H为截割头的长度，v为掘进机截割头的摆动速度，Hw为掘进机的单位功耗。

2 工程概况

本文以C3-5 号层8107 工作面5107 顺槽巷为研究载体，5107 巷服务于8107 工作面开采时的运料、回风、管线敷设及行人的需要。107 巷井下位于回风大巷西南部，工作面东部为8101 工作面采空区、西部未开拓，北部为三条盘区大巷。5107 巷位于C3-5 号层，煤层倾角2°～10°，平均4°。3-5 号层5107 巷开口位于3-5 号层主运大巷距主辅联巷424 m 处，5107 巷设计长度1 503 m，沿C3-5 号层煤层底板留顶煤掘进。预计日进8.1 m。

2.1 地质构造

C3-5 号层8107 工作面整体为单斜构造，开口处低，切巷高，平均倾角4°。对照相邻巷道及上覆侏罗系11 号层揭露地质情况分析，8107 工作面将揭露2 条断层，详见表2。

表2 构造情况表

2.2 水文地质情况

该工作面地表无河流、湖泊等地表水。我矿石炭系3-5 号层8107 工作面在相对安全区域范围内，但在两顺槽巷掘进过程中应严格执行“有掘必探，先探后掘”的探放水原则，确保工作面掘进安全。两顺槽在掘进过程中必须铺设108 排水管一趟和流量不小于60 m3/h 水泵两台。且工作面的最大涌水量为0.1 m3/min；正常涌水量0.001 m3/min。

3 掘进工艺的设计

根据C3-5 号层8107 工作面5107 顺槽巷介质的硬度，选用掘进机的类型为EBZ-260。总体掘进工艺为：5107 巷在开口前由放顶队用ZQJC-220/7.2 型气动架柱式钻机进行超前探巷，探测孔首先采用探巷设计中方案一探放水孔，每组3 个孔；巷道掘进时采用EBZ-260 型掘进机沿3-5 号煤层底板截割并自行装煤，由胶带运输机运煤至主运大巷皮带运出；5107 巷掘进过程中每10 m 在巷道中部用锚索钻施工一个探顶眼，探明3-5 号层煤层厚度；5107 巷开口时对开口处10 m 范围内支护进行加固，并保护好开口处管线、电缆，防止损坏。

掘进工艺流程如下：安全检查→割煤→装煤、运煤→安全检查→临时支护→永久支护→延伸皮带输送机。

3.1 装煤、运煤工艺

运煤路线为EBZ-260 型掘进机工作面截割落下的煤→掘进机转载机→胶带输送机→3-5 号层主运大巷胶带输送机→3—5 号层主运漏煤眼→胶带暗斜井→1070 漏煤眼→主斜井胶带输送机→地面。

3.2 临时支护工艺

临时支护使用ZLJ 10/21 型机载超前支护装置，掘进机完成截割装煤作业后，施工人员把钢带按支护排距放置在机载前探支护上，把网片铺设在钢带上，升起机载前探。

3.3 永久支护工艺

该工作面永久支护采用“锚杆+锚索”的支护方式。其中，顶锚杆和锚索采用MQT-130 型气动锚杆（锚索）钻机，帮锚杆采用手持式风动帮锚机、7655型风动凿岩机，顶部锚杆眼打设采用B19×28 的钻杆及Φ30 mm 钻头，帮锚杆眼打设采用Φ28 mm 的麻花钻杆及Φ30 mm 钻头。

4 结语

在进行掘进机选型方案设计时，不论在掘进工作面还是在综采工作面工作，必须要求所采用的掘进机能够适应工作面的特点（重点关注地质构造和水文条件），以确保掘进机能够高效、安全生产。此外，还需确保在掘进过程中装煤、运煤、支护（临时支护、永久支护）等工艺满足实际生产的需求。