煤矿全断面巷道快速掘进系统的应用研究

樊 政

（大同煤矿集团有限责任公司煤峪口矿， 山西 大同 037041）

引言

同煤集团某个矿井每年的生产力可以达到上千万吨，这就要求巷道掘进具备较高的技术水平。两个综放作业面回采的平均值为370 m，但是掘进系统平均每月应当完成2 500 m 的进尺。掘锚一体机具备较多的优势，比如具备一次成型、有较高的安全性、机械化水平较高等。因此，该煤矿在掘进的时候积极引入全断面巷道快速掘进系统，即EJM 2X170/4-2 掘锚一体机。

1 工程概况

1.1 地质条件

本矿井中2105 巷位处于3 号层，煤层存在稳定的赋存，其厚度处于4～8.10 m 之间，平均值为6.34 m，大约含有1～4 层夹矸，其大多以泥岩为核心；煤层的倾角处于1°～3°，平均值为2°，这是一种近水平的煤层；煤岩的类型属于半暗型，种类大多为气煤。在该巷道的老顶中大多为中砂岩、砾岩，呈现为灰白色，其成分也是以石英为主，局部下端存在一些不规则的煤线；直接顶则是以砂泥岩、煤泥岩为主，呈现为灰色至黑色，中部存在2 号煤层，包含了一些植物化石，表现为平坦状的断口；直接底则是泥岩，呈现为灰黑色或灰色；老底主要为中砂岩、砂砾岩，颜色为灰白色。作业面存在两处断层，分别是带式输送机巷口向里部1 254 m 部位，其落差为1.152 m，倾角属于80°，倾向为东南；2 203 m 部位存在的落差为2 m，倾角为80°，其走向为东北。

1.2 巷道支护参数

巷道的断面呈现为矩形，巷道的顶板采用强度较高的锚索、锚杆、金属网等来进行支护，巷道左帮采取塑料网及玻璃钢锚杆进行支护，右帮则采取强度较高的锚杆及金属网进行支护。每排设置5 根顶锚，其间距和排距分别为0.9 m 和0.8 m；每排设置两架锚索，其排距和间距分别为1.8 m 和3.2 m；两帮锚杆的间距及排距分别为0.75 m 和0.90 m，每排设置5 根，其各个支护参数如图1 所示[3]。

图1 2105 巷道支护参数示意图（未标单位：mm）

2 快速掘进系统组成及特点

2.1 EJM2X170/4-2 快速掘进系统组成

该设备拥有2×170 kW 的截割功率，顶锚杆机和帮锚杆机的数量分别为4 台、2 台。快速掘进系统的构成部分主要为输送单元、行走单元、电气体系、水系统、润滑体系等，详见下页图2。

2.2 EJM2X170/4-2 快速掘进系统特点

图2 快速掘进系统图

EJM2x170/4-2 掘锚一体机的制作是基于久益12CM30 掘锚机来研发出的一种一体机，结合了国内外的先进技术，可以实现一系列的掘进作业，其核心部件主要为久益进口产品，具有较高的性能。该设备的技术特点主要为：

1）截割单元采取横轴式所设置的可伸缩截割滚筒，该滚筒及减速器均采取进口类产品，具有较高的性能；

2）板块化设置，各个单元电机单独驱动，精简系统，降低事故的发生率，减少维修的时间，有助于安装、运输、维护及维修；

3）铲板采取了浮动梨式装载模式，具备较高的效率，避免底板受到较大的损坏；

4）行走单元所采取的减速器则采用电机进行驱动，具有较大的驱动力，性能可靠。

3 EJM 2X170/4-2 快速掘进系统后配套方案

后配套方案主要应用于该掘锚机的截割装运、变频行走、锚杆支护等系统内[4]。

3.1 截割装运系统

该系统是掘锚机的核心部分。截割滚筒每一侧可以伸缩300 mm，伸出之后截割的宽度为5.4 m，与巷道保持相同的宽度；巷道具备较好的成型率，全断面掘进，单次成型，滚筒的两侧在伸出之后，利用锁紧设备进行锁死，确保截割工作维持固定的宽度；梨式铲板的设计，其空顶距离较小，可以应用在顶板环境较差的环境下；截割滚筒上端的螺旋叶片可以将煤炭输入到中间的输送机中，与梨式收集头相结合来装载运输物料[5]。

3.2 除尘喷雾系统

该系统的核心作用就是减少掘锚机作业面的粉尘浓度，确保操作人员的人身健康，为使用人员提供良好的工作环境。含煤尘的空气经过前风口，之后再经过风筒内部的导流板而进入到除尘风机内来进行集尘处理，将洁净的空气排放到巷道之内。采取湿式除尘系统与高压水喷雾体系来营造一个干净的工作环境；机载除尘系统与整机形成较好的融合，具备较高的效率。

3.3 变频行走系统

该系统主要承担了掘锚机的前后移动，设置久益的变频设备。在进行截割的时候可以实现一些闭环连锁控制。采取久益进口式的变频器，具备较高的输出频率、较快的响应速度、较高的精度，具备较强的牵引力矩、较高的过载能力和可靠性。

3.4 锚杆支护系统

锚杆机组的构成部分主要为顶板锚杆机、侧帮锚杆机和操作平台，分别为4 台、2 台和2 台。顶板锚杆机的安装部位在铲板的后部，设置方向为横向，可提供整个范围的锚杆作业空间；锚杆机则逐渐倾斜至两侧，以确保作业范围的最大化，对锚杆机的角度进行调整，以确保中心位置的作业；锚杆机可以向前倾斜，以降低其与作业面之间的距离。锚杆机内部管路的设置，可降低维护量；推移油缸设置为内部两级液压伸缩油缸。

4 EJM 2X170/4-2 快速掘进系统优化方案

4.1 设备优化

1）机载液压锚杆钻机不能对W 钢带中间部位的锚杆进行施工，只能采取风动锚索机来进行施工，并且在实际施工的时候在工序上滞后机载液压锚杆钻机。风动锚索机受到风压的影响，若风压较差，则会对锚杆的施工产生影响。为了使施工阶段锚杆和锚索的需求得以满足，则需要在其中间部位设置启动锚杆机，其力矩为300 N·m。

2）由于采用全断面截割掘进巷道，超前探水设备难以稳固，工序繁琐且对人员的人身安全产生了较大的影响，应与机载探水钻机相结合使用。

4.2 施工工艺优化

1）顶板出现泥岩之时，尤其是在锚索施工时其钎杆极易出现水孔堵塞问题。由于在掘进的时候易产生泥岩，应当选择适当的速度来推进锚杆。

2）在设置金属网和W 钢带时，应重视将W 钢带上方左、右3 个孔分别设置在液压锚杆机尾的摆动范围之内，如果钢带孔没有处在液压锚杆机的摆动范围之内，则必须在其他支护孔完成施工之后，前后移动机组才可以进行该孔的施工。机组在停止运行进行支护之前应将其处于巷道中间，在设置W 钢带的时候应重视摆放位置。

3）在机组摆正或者推浮煤的过程中，若巷道的底板过软，一边的底板将会被履带压坏，机组出现一边低一边高的状况，截割部也出现一边低一边高的状况，不能实施截割。应当在机组上设置40 根方木或者道木来垫高履带进行适当调整才可以开展正常的截割。

5 结论

1）EJM 2X170/4-2 掘锚一体机在矿井中的应用，促使全断面巷道完成了快速掘进。截止到2018年12 月，掘进工作累计进尺为3 750 m，月进尺的最高值为502 m，突破值最大为20 m/d。

2）通过运用快速掘进系统来提升巷道的掘进效率，极大改善了本矿区采掘接替工作的紧张局面。

3）通过添加机载探水钻机、气动锚杆机等相关设备及优化各个施工工艺，确保掘进作业面中各个工序的平行作业得以实现，达到快速掘进的目的。