EBZ220TY综掘大坡度掘进工艺研究及应用

EBZ220TY综掘大坡度掘进工艺研究及应用
江小军 孙元琪
随着现代化机械产品的推广应用，综掘机以其在煤巷中的掘进速度快、安全系数高、开采成本底等优点，已成为全世界现代化矿井掘进生产中不可替代的机械产品。但由于煤层的赋存条件的不同，在很多地质条件下无法使用整套的综掘设备进行快速掘进作业，为保证煤炭资源的回收和开采，对大坡度综掘施工工艺的研究及应用就显得极为重要。
本文针对如何在大坡度条件下保证综掘机正常施工和安全做了简要总结，供大家参考交流。
一、地质及工程概述
4110工作面是中煤平朔井工一矿太西区4煤组第五个工作面，本工作面主掘煤层为4煤，4-1煤层煤层最大厚度13.66m，最小厚度为6.86m，4-2煤层煤层最大厚度3.80m，最小厚度为1.03m。煤层中夹矸为黑色泥岩，平均厚度在2.10m左右，掘进中沿4-2煤底板掘进，以4-1煤层底板做掘进巷道的顶板，全程半煤岩掘进，本条巷道设计长度2289m。前期坡度平均在6°左右，施工到1850后坡度增大，在1925m至2080处达到最大上山坡度16°~18°，长度155米，掘进断面为宽×高=5.2m×3.6m。
巷道在掘进过程中使用的是煤科院太原分院生产的EBZ220TY掘进机，EBZ220TY掘进机主要技术参数：可掘巷道断面28.0㎡ ，可掘最大高度5.1m，可掘最大宽度6.0m，适应巷道坡度±16°，供电电压1140V，最大可截岩石硬度f＝10 Mpa，掘进机如图1所示。

图一 EBZ220TY型中硬岩掘进机
二、可行性研究
综掘机一般适用于16°以下的巷道上山掘进，在掘进过程中如果碰到大坡度上山（18°以上），一般情况下都是采用炮掘工作面，甩掉综掘机使用炮掘另安设一部SWG-40刮板机，改变生产工艺的主要原因是：
1、综掘机履带直接走在底板岩石上时，因为履带和底板都比较硬而且较光滑，所以在坡度较大时，由于履带和底板之间的摩擦力就较小，这是导致综掘机下滑的一个主要因素。
2、在巷道上山坡度较大时，综掘机倾斜度角度就较大，这样，综掘机自身重力向下的分力也就较大，而这个分力是导致综掘机下滑的一个重要因素，所以，解决综掘机自身的倾斜度是解决综掘机大坡度上山的又一个关键问题。
3、由于向下的分力加大，综掘机在稳定后开始截割进刀，再进刀的过程中，会延截割臂产生一个进刀阻力，阻力与自身重力的分力叠加，叠加的合力导致机组下滑，使进刀困难。
以上三个问题得到解决后，综掘机大坡度上山掘进的难题就解决了。
三、技术原理及技术分析
在进行了可行性研究之后，在我公司领导周总的技术指导下进行了技术方面的分析与论证，具体分析情况如下：
1、针对大坡度上山时履带和底板岩石之间摩擦力较小的现象，采用在底板上留底煤的方法来解决底板光滑的问题，以增加底板的摩擦力。综掘机履带走在底煤上比直接走在底板岩石上的摩擦力要大的多，这样便可以解决硬（履带硬）碰硬（底板硬）摩擦力小的问题。
2、将木头垫在综掘机履带后部和后支撑下面的底煤上，以增加综掘机后面的高度，减小综掘机的倾斜度，这样也减小了综掘机向下的分力，这样导致综掘机下滑的第二个和第三个因素就得到了解决。
四、主要技术内容
在辅运巷施工期间，针对最大坡度18°的上山情况，通过和矿方相关科室合作，采用留底煤和用道木（道木规格：长×宽×高=1.2m×0.2m×0.2m）垫后支撑的方法进行施工。具体做法如下：
掘进机在爬坡过程中前后高差大，打上后支撑也很难克服边行走边割煤下滑，所以割煤后0.5米浮煤不铲，留在底板，后支撑升起，然后在浮煤上垫半圆松木使掘进机爬行时不但减小了自身的倾斜度和确保了综掘机割煤时的稳定性还增大了摩擦力，随走随垫木头进行割煤。割煤后退机，迎头进行帮、顶锚的支护，后面人工清理浮煤，这样多工序同时作业，节省了作业时间，再按此方法向前爬行进行下一个循环工作。这样，跟甩掉综掘机进行炮掘相比，减少了运输环节，施工速度得到了很大地提高。
五、实际应用效果
这种方法在辅运巷工作面的掘进中，克服了掘进机本身存在的缺陷，解决了大倾角上山掘进工程中的难题。跟炮掘相比，不但减少了搬运、安装、拆除设备（溜子）的工时，还大大降低了劳动强度，更重要的是创造了建矿以来16°以上的上山掘进的月进尺最好成绩275米，并且质量达到优良品，既保证了安全又保证了采煤面的接替。
六、取得的经济及社会效益
经济效益：
1、改变施工工艺，机掘的进尺速度与炮掘进尺速度相比较，至少节省20天的时间，为接续赢得宝贵时间。
2、节省了人工搬运及安装两部刮板机的费用50000元
3、节省投入材料费用30000元
4、节省拆运费用10000元
社会效益：
保证了安全，保证了进尺，保证了接续。
通过大坡度综掘施工工艺在掘进工作面现场的实际应用，取得的效果极为明显，为我院以后大于16°上山巷道的掘进提供了可靠的依据，为提高单进，加快机掘进尺，保证井工一矿采煤工作面的正常接续解决了现实的问题。
七、引申思考
根据4110工作面图纸上提供的资料，在后期施工坡度有可能达到20°左右，为保证施工，解决上述问题，我项目部提出了垫道木在综掘机履带后部和后支撑下面的底煤上，再利用28吨回柱绞车反滑轮辅助牵引，综掘机整体爬移的想法。
具体工艺：在综掘机后10米的位置施工一规格为高×宽×长=3.6m×2.0m×7.0m的绞车硐室，让28吨回柱绞车由20°山下自行爬到硐室所在位置，必须打注8根底锚杆及6根单体戗压顶；在巷道迎头附近顶板打2根锚索，并对锚索进行了拉拔实验，确定符合施工所需拉力要求。将一台20吨导向滑轮用400T综采运输机链条配合锯齿环与综掘机进行了链接，同时采用400T链条以及锯齿环形成二次保护。28吨回柱绞车牵引钢丝绳经导向滑轮穿过后，钩头用20T卡环与迎头顶板上的锚索链接，并做好了防止钩头飞出的二次保护。一切准备就绪后，综掘机司机打点给绞车司机预紧绞车钢丝绳，在钢丝绳受力的同时，启动了综掘机，在28吨回柱绞车的辅助牵引下，综掘机踩浮煤和道木的施工工艺，来完成20°上山的掘进工作。
此工艺不仅能满足一般掘进巷道使用的要求，且操作方法比较方便，为施工节省巨大的开资，更重要的是为采面的接续赢得宝贵的时间，可在同类工程中借鉴和推广。