煤矿巷道掘锚一体化快速掘进技术研究

煤矿巷道掘锚一体化快速掘进技术研究

李振国、李杰、李彬

兖州煤业股份有限公司东滩煤矿 山东济宁

摘要：随着我国煤矿掘进机械化水平的提升，在传统的锚网索支护条件下，锚杆巷道掘进受到诸多的影响，锚杆支护占据了总掘进的大部分时间，制约着巷道掘进效率。现阶段综掘施工的方式有锚杆钻机+连续采煤机、单体锚杆钻机+掘进机、掘锚一体化机组。其中，锚杆钻机+连续采煤机支护技术易受到地质条件的制约，当掘进过程中顶板破碎时，需要短掘快支护的方式，制约着巷道掘进速度;单体锚杆钻机+掘进机支护技术的辅助作业时间较长、巷道单进水平低、工人劳动强度大、掘进和支护作业分离，致使巷道掘进速度慢;掘锚一体化机组支护技术不需要撤离掘进机，就能完成支护作业，控制了围岩变形，适用于顶板较为破碎的地质条件，减少了辅助作业时间，改善了煤巷的顶板环境。因此，采用掘锚机进行巷道支护，推动了掘锚一体化围岩控制的技术发展，实现了割煤和锚杆支护的平行作业，提高了巷道的掘进速度。

关键词：煤矿巷道；掘锚一体化；掘进技术

引言

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。

2掘锚机技术特征

(1)应适应的条件范围:最大可掘高度4．835m，可掘宽度5．96m，需具备沿顶掘进施工能力(机组质量不超过80t)。(2)通过2台前部机载钻臂、2台后钻(或液压支腿钻机)和预留2台机载手持液压钻模式，实现顶帮锚杆同时支护、上下帮锚杆同时支护。钻臂满足360°旋转施工的能力，实现工作面锚杆、锚索孔及掘进面探测孔的机械化施工。手持钻设计合理的操作平台，机载存放空间。(3)钻臂满足360°旋转，能够实现井下工作面锚杆、锚索孔及掘进面探测孔的机械化施工。手持钻设计合理的操作平台，机载存放空间。机身两侧有可前后伸缩的滑移机构，滑移装置滑移距离必须大于等于4000mm，保证不影响机组的正常掘割。

3掘锚机在煤矿快速掘进中的应用

3.1截割掘锚机作业

掘锚过程中应保持1m的循环距离，以中线为基础。利用掘锚机截割时，施工人员应在巷道顶板固定截割头，煤体切割遵循由上至下顺序。施工人员在切割煤层底板时应保证割头位置的准确性与合理性，不破坏巷道底，保证完整性。完成余煤的装载工作后，施工人员应及时调整截割头方向，在巷道顶板放置，以便顺利开展下一个循环开采流程。利用掘锚机掘进时，施工人员应根据激光导向仪确定煤机停放方向，截割时也应结合巷道的实际大小，在完成两刀截割后，锚杆机暂停工作，保证巷道大小的合理性。支护作业完成后，进行下一道掘进，在距离大约10cm处挂好风筒，利用遥控器全面控制掘锚机，期间工作人员可以借助显示屏监控全部流程，达到预期效果后才可以进一步掘进。

3.2临时支护施工

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。

4掘锚机在煤矿快速掘进中的应用实践

4.1掘进工作面及技术指标

掘进工作面上覆基岩厚度在50-120m，松散层厚度在0-5m。工作面顶板岩石稳定性较差，粉砂岩遇水极易分解为沙子。煤矿进风顺槽为掘锚机施工巷道，沿着煤层掘进，煤层倾角小于30°，工作面设计长度为3560m。煤层厚度变化范围小，起伏较大，赋存较为稳定，水平层发育良好但强度较低，局部裂隙发育，煤层结构比较复杂。地层整体为单斜构造，倾角平缓。煤层为暗淡型煤体，呈黑色，光泽暗淡，煤层中存在大量丝炭，节理较发育，煤性较脆，风化后易成粉末状。煤层顶板为细砂岩与灰色粉砂岩，多为泥质胶结，属于弱岩石类型，结构松散的岩石较易剥落，顶板岩石极易风化破碎，稳定性较差。底板为泥质砂岩，遇水极易膨胀变软，起伏明显。

4.2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。

4.3掘进工作面断面支护要求

掘进工作面巷道断面为矩形，利用锚杆联合支护方法，间排距为1.0m×1.0m，锚杆材质为金属，规格为6mm×1800mm，为了保证紧固性，还应综合使用树脂锚固剂。为了设置合理的锚杆角度，施工时应垂直打锚，靠近两帮的4根锚杆应打齐，在早班时间完成中间1根锚杆的打齐工作。施工人员矩形状布置锚索，每掘进4m打进2根锚索，并配合使用锚固剂。

结束语

采用掘锚一体化设备，取得了显著的成果，改善了现场的作业环境。施工除尘效果好、高阻力临时支护，保证了人员安全，对底板破坏作用小，降低了工人的劳动强度;突破了巷道传统施工工艺存在局限，实现了煤巷的快速掘进，提高了掘进效率。

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