全断面高效快速掘进系统在大柳塔煤矿的应用

文/张渊

全断面高效快速掘进系统在大柳塔煤矿的应用

文/张渊

随着神东矿井规模的扩大，掘进效率低，采、掘比例失调的矛盾日益凸显，生产接续紧张成为制约增产扩能的突出问题。与此同时，掘进队伍和人员不断增多，给安全管理也带来巨大压力。为提高开采和掘进效率，实现减人提效，神东煤炭集团在原有安全高效采掘模式的基础上，推广应用全断面高效快速掘进系统。本文就全断面高效快速掘进系统在神华神东煤炭集团大柳塔煤矿的应用进行了阐述。

一、煤层条件概述

全断面高效快速掘进系统适用于顶、底板较稳定的中厚煤层，一般要求煤层倾角小于3°。可掘进的断面宽度范围为5.4m～6.0m，高度范围为3.5m～4.5m。

目前，全断面高效快速掘进系统在大柳塔煤矿掘进区域为52#煤的三、五盘区，煤层厚度7.15～7.55m，平均7.35m，为稳定煤层，煤层结构相对简单。

煤层直接顶厚0～2.8m，以泥岩为主，直接底以粉砂岩、泥岩为主。

二、巷道设计参数

1.巷道设计

巷道断面。根据7m大采高工作面巷道掘进要求，确定巷道掘进断面尺寸为：宽×高=6.0×4.2m。

巷道支护设计。顶板采用“圆钢锚杆+冷拔丝网片+锚索”联合支护。锚杆间排距为1.0×1.2m，每排支护6根锚杆；锚索间排距为2.5× 3m，每排3根。巷道正帮采用“玻璃钢锚杆+塑料网”支护。锚杆间排距为1.2×1.2m，每排支护4根；巷道负帮采用“圆钢锚杆+金属网”支护，锚杆间排距为1.2×1.2m，每排支护4根锚杆。巷道支护断面图如图1所示。

图1 巷道支护断面图（单位：mm）

2.支护工艺

为加快掘进速度，可在顶、帮稳定的情况下采用分次支护。

一次支护（5人完成）。支护作业由配套设备中的十臂锚杆机完成“顶帮10套锚杆+网片”的支护。锚杆机前端4根钻臂，完成顶板6套锚杆的支护；两个帮钻臂，完成两帮各2套锚杆的支护。

二次支护（2人完成）。由两臂锚杆锚索钻机完成两帮剩余各两套锚杆的支护。

三次支护。由两臂锚杆锚索钻机完成对巷道顶板锚索支护。

3.施工要求

空顶距。根据设备结构参数，快速掘进施工时，巷道最小空顶距为21m（即掘锚机前端至锚杆钻机最小距离约21m），最大空顶距为30m（即掘锚机前端至锚杆钻机最大距离约30m）。

顶底煤留设。为保证巷道顶板稳定，提高支护效率，巷道沿底掘进，巷道留设顶煤厚度不小于1.5m。

帮网滞后距离。根据设备布置及施工工艺要求，顶帮稳定情况下，正帮帮网滞后工作面掌子头不得大于140m，负帮帮网滞后工作面掌子头不得大于60m。

锚索滞后距离。锚索支护滞后距离不大于300m。

三、机械化配套设备

1．全断面高效快速掘进系统配套设备

主要设备包括掘锚机、十臂锚杆机、破碎转载机、可弯曲胶带机、迈步式自移机尾和自移动力站等。正常掘进作业时，掘锚机截割下的煤经过破碎转载机破碎后，通过可弯曲胶带机转运到顺槽皮带上，同时十臂锚杆机紧跟掘锚机完成巷道顶、帮的锚杆支护；可弯曲胶带机随着掘锚机掘进，在破碎转载机牵引下不断前移，从而实现连续跟机作业；胶带机末端通过迈步式自移机尾而自行移动，从而让煤流实现了在可弯曲胶带机与顺槽皮带上的连续运输。以上掘进工序交替进行，最终实现了破、运、装、支等工序的平行作业。全断面高效快速掘进系统设备布置如图2所示。

图2 快速掘进系统设备布置平面图

2.全断面高效快速掘进系统的特点

（1）优化了设备布置，减少了调机时间

相比传统的双巷掘进生产工艺，快速掘进系统利用设备优势，使工作面实现一次成巷，保证了掘进和支护的平行作业，简化了不必要的生产环节，使掘进进尺有了跨越性的提升，生产变得更安全、更高效。

（2）大断面掘进一次成巷

快速掘进系统掘进作业时，掘锚机司机在十臂锚杆机上，通过远程操作遥控器控制掘进机割煤，实现6×4.2m大断面一次成巷，避免了传统工艺需要二次成巷的弊端，提高了掘进效率。

（3）快速支护

快速掘进系统配套的十臂锚杆机，整车配有10个钻臂，在生产过程中，十臂锚杆机前后移动完成顶板和帮网的支护，同时配合两臂锚杆钻车，实现了顶、帮支护的一次完成，缩短了支护时间，提高了支护效率。

（4）连续运输

快速掘进系统通过迈步式自移机尾自行移动，实现了皮带延伸与掘进的同步，简化了生产环节，保证了运输的连续性，提高了生产效率。

（5）优化通风，改善作业环境

采用长压短抽的通风方式，使用大功率压入式局部通风机为工作面供风，同时配备一台湿式除尘风机来降低工作面的粉尘，一边压入风流，一边及时抽出混有粉尘的风流。采用这种通风方式后粉尘浓度大幅降低。

四、掘进工艺及组织

1.作业形式。掘进巷道时实行“三八”作业制。

2.施工组织。检修班全面负责设备检修及生产准备工作，负责胶带机延伸，胶带机储带，供电、供排水系统延伸，支护材料，辅助生产材料（风筒、电缆、水管等）的备料、运输。生产班 （按圆班掘进进尺100m）主要循环工序为，生产前准备及安全检查→100m巷道掘进、支护、风筒延伸。

3.劳动组织。生产班每班作业人员为14人，共计28人，检修班作业人员26人，队干、材料员、验收员合计10人，当日作业总人数为64人。

4.人工工效。按照正规循环作业日进尺100m，出勤人数为64人，在册人数89人，全员工效为1.12m/工。

五、应用效果

与传统采煤掘进设备相比，全断面高效快速掘进系统突破了长期制约井下掘进效率的瓶颈，实现了掘进、支护、运输平行连续作业，打造了协调、连续、高效作业的掘进工作面。该系统自应用以来，25.2m2大断面巷道可一次成型，单班最高进尺达到78.5m，日最高进尺达到 132m，月最高进尺达到3088m，创造了煤巷大断面单巷掘进的世界记录，全员工效达到1.12m/工。同时，还避免了由于传统掘进设备频繁移动带来的安全隐患，更加有利于掘进安全。此外，该系统通过远程操作遥控器就可控制掘锚机割煤，采用“长压短抽”通风方式降低粉尘浓度，最大程度地保障了井下作业人员的身体健康和生命安全。

（作者单位：神华神东煤炭集团公司）

（责任编辑：周琼）