復(fù)雜地質(zhì)條件下掘錨一體掘進(jìn)工作面技術(shù)研究

復(fù)雜地質(zhì)條件下掘錨一體掘進(jìn)工作面技術(shù)研究

0工作面高效開采的難點(diǎn)中國煤炭資源豐富，采井隊(duì)開采煤礦占90%。為了形成完整的生產(chǎn)、通風(fēng)、輔助運(yùn)輸?shù)认到y(tǒng)，每年建設(shè)1500m新井。這是一個(gè)巨大的問題，往往是由于開采的長期困難。掘進(jìn)工作面人員密集，安全性較差，沖擊地壓等動(dòng)力災(zāi)害顯現(xiàn)往往導(dǎo)致巷道斷面急劇收縮，甚至閉合，造成人員群死群傷，嚴(yán)重制約了礦井的安全高效生產(chǎn)。近年來，快速掘進(jìn)理論及設(shè)備取得了一定進(jìn)展，掘進(jìn)效率及安全水平得到了顯著提高，但相比于回采工作面，掘進(jìn)工作面整體效率及安全性偏低，成為制約煤礦安全高效開采的關(guān)鍵因素之一。本文以孟村煤礦快速掘進(jìn)工作面為工程背景，介紹掘錨一體機(jī)工藝流程，通過設(shè)備升級達(dá)到提高掘進(jìn)效率及保障安全的目的，實(shí)現(xiàn)多工序協(xié)同高效運(yùn)轉(zhuǎn)。1項(xiàng)目背景1.1運(yùn)煤通道工作面掘進(jìn)孟村煤礦位于陜西彬長礦區(qū)中西部，主采4401103工作面回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)長度2032m，在401102工作面運(yùn)煤通道180m處開口，開口后按方位角270°掘進(jìn)，坡度為+0.17°～+0.5°，巷道凈寬5.4m，凈高3.5m。試驗(yàn)區(qū)域煤層厚度為23.30～24.18m，煤的視密度1.36t/m1.2道路防護(hù)401103工作面回風(fēng)順槽采用錨網(wǎng)索+鋼帶聯(lián)合支護(hù)，頂部采用錨桿、錨索支護(hù)，幫部采用短錨索支護(hù)。(1）和支2支s135型樹脂藥卷頂部錨桿桿體材料采用左旋無縱肋螺紋鋼樹脂錨桿，規(guī)格為MSGLW-500/22×2500，間排距700mm×800mm，錨深2450mm，外露長度50mm。每根錨桿使用2支K2335和2支Z2335型樹脂藥卷（或1支K2360和1支Z2360型樹脂藥卷）。錨桿托板均采用Q235鋼，規(guī)格150mm×150mm×12mm。錨固力和扭矩分別不小于100kN和300Nm，每排布置8根錨桿。頂部錨索每排布置4根錨索，錨索間排距為1500mm×800mm，錨索規(guī)格為φ21.8mm×7100mm，錨深6900mm，外露200mm。每根錨索使用2支K2335和3支Z2335型樹脂藥卷（或2支K2360和2支Z2360型樹脂藥卷）。錨索所用托盤為Q235碟形托盤，規(guī)格300mm×300mm×16mm。預(yù)緊力不小于200kN。(2）幫部支護(hù)錨索和盤料幫部支護(hù)采用錨索配合M鋼帶進(jìn)行支護(hù)，每排左幫、右?guī)透鞑贾?根鋼帶，鋼帶采用上下布置，每根鋼帶打設(shè)3根錨索，其中幫部支護(hù)錨索規(guī)格為φ21.8mm×3500mm，間排距700mm×800mm，錨深3300mm，外露200mm；每根錨索使用1支K2335和2支Z2335型樹脂藥卷（或1支K2360和1支Z2360型樹脂藥卷）；托盤采用GTR-M3鋼帶配套托盤，規(guī)格120mm×120mm×10mm。預(yù)緊力不小于200kN。2截割巷道側(cè)幫快速掘進(jìn)設(shè)備選用EJM2×170掘錨一體機(jī)，主要由截割部、鏟板部、運(yùn)輸機(jī)部、行走部、錨桿機(jī)部及潤滑系統(tǒng)等組成，為一次性進(jìn)給設(shè)備，用于固定截割巷道寬度，滾筒伸出寬度5.2～6.2m。犁式鏟板收集頭使錨桿機(jī)到工作面的距離更近，當(dāng)滾筒截煤時(shí)，可以簡便快速地把煤裝載到輸送機(jī)上。截割滾筒每側(cè)可縮回400mm，使整機(jī)寬度減少800mm，有利于設(shè)備的行走和撤回，提高截割轉(zhuǎn)角煤時(shí)的靈活性；同時(shí)多電機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)提升了日常維護(hù)的便捷性，并保障了設(shè)備的可動(dòng)率。EJM2×170掘錨一體機(jī)如圖1所示。掘錨一體機(jī)（標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型）技術(shù)參數(shù)：3挖掘與坍塌綜合的技術(shù)(1）截割機(jī)參數(shù)調(diào)整掘錨一體機(jī)掘進(jìn)截煤為全巷寬一次截割，截割循環(huán)流程：(1)升刀上掰截割搖桿使截割頭升到設(shè)計(jì)高度，伸縮截割頭，左（右）扳截割頭搖桿將截割頭伸（縮）至巷道全寬；(2)進(jìn)刀按下截割啟動(dòng)鍵使截割電機(jī)啟動(dòng)，截割滾筒旋轉(zhuǎn)，掃去上一刀預(yù)留的200mm左右煤體圓弧段，將截割頭向前切入煤體800mm;(3)截煤由上向下切入煤體，直至底板；(4)藏刀向前移動(dòng)掘錨一體機(jī)，將截割頭深入迎頭煤壁。與綜掘機(jī)相比，掘錨一體機(jī)掘進(jìn)效率大幅提升。掘錨一體機(jī)截割示意圖及綜掘機(jī)截割軌跡圖分別如圖2、圖3所示。(2）煤體剝離、整理掘錨一體機(jī)掘進(jìn)截煤過程中，可實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)、運(yùn)輸、支護(hù)等工序平行作業(yè)，通過截割部將煤體進(jìn)行剝離，截深0.8m；鏟板部取消了裝載耙爪，使得空頂距大大縮小，剝離后的煤體經(jīng)短鏟板由一運(yùn)輸送到二運(yùn)上，最后轉(zhuǎn)運(yùn)到帶式輸送機(jī)上；巷道支護(hù)由機(jī)載錨桿部完成，其中頂錨機(jī)及幫錨機(jī)分別負(fù)責(zé)頂部及幫部的支護(hù)施工，從而實(shí)現(xiàn)掘、運(yùn)、支一體化。4錨桿索支護(hù)效果(1）施工效率掘錨一體機(jī)于2020年底投入使用，截至2021年4月，掘錨一體機(jī)共掘進(jìn)760m，最大進(jìn)尺超9m/d，月進(jìn)尺達(dá)216m，較綜掘工藝掘進(jìn)效率提升50%以上，單個(gè)錨桿（索）支護(hù)效率提升60%以上。(2）煤體應(yīng)力依據(jù)401103回風(fēng)順槽鉆孔應(yīng)力計(jì)進(jìn)行的煤體應(yīng)力監(jiān)測，煤體應(yīng)力情況如圖4所示，煤體應(yīng)力處于較低水平。(3）錨桿（索）工作載荷測區(qū)錨桿（索）工作載荷如圖5所示，最小受力86kN，最大受力168kN，平均受力122kN，表明測區(qū)錨桿（索）處于較好的工作狀態(tài)，巷道圍巖支護(hù)效果良好。使用掘錨一體機(jī)進(jìn)行煤巷掘進(jìn)后，施工效率得到大幅提升，煤體應(yīng)力處于較低水平，錨桿（索）受力狀態(tài)