掘锚机在长壁工作面巷道的应用Word下载.docx

1、经常是多煤层开采，瓦斯含量高， 有时有些煤层还会遇到岩石突出的问题。困难的地质条件由于历史的原因更加恶化， 例如 在工作面布置方向、 掘进方向上的限制， 巷道规格的增大以及巷道重复使用等。选用何 种支护方式首先要考虑岩石应力场。在英国，一般煤矿开采深度在800m左右， 除了没有突出现象外， 其余的情况与德国煤矿 大致相同。制约欧洲大多数长壁煤矿的主要因素就是顺槽巷道的掘进。 几乎所有的欧洲煤矿顺槽都采 用单 巷掘进。 因为深度大，应力大， 不适宜采用多巷掘进， 因此支护便成了制约所有顺 槽掘进设备的瓶颈 （需要的循环时间最长） 。德国煤矿传统型的支护设备是可屈服拱型钢 梁， 每米重3444kg

2、， 加上充填 （在拱型钢梁后面把水泥浆泵进去）， 常常还 带有锚杆， 这样的巷道支护成本很高， 并且工序复杂，进度慢。由于进度慢，又部分地导 致了加长工作面。目前德国拥有西方世界最长的工作面， 通常长达350400m， 还有几个 面超过400m。这样就需要选用大型的工作面设备，因此巷道断面又要进一步加大， 掘进速 度更加下降， 支护更加困难， 造成恶性循环。但是， 过去15年所开发的高强度锚杆， 经过在欧州的深井煤矿中应用， 业已证明是成功 的。英国差不多所有的长壁顺槽巷道现都用连采机掘成矩形，采用锚杆支护。在德国也有计 划要增大锚杆支护量， 尤其是在主运输巷。高强度锚杆支护与传统的支 护方式

3、相比，它有几大优点：（1）减少长壁工作面端头支护耽搁的时间， 工作面回采速度加快；（2）在巷道掘进和长壁工作面回采时， 支护更有效；（3）掘进速度加快；（4）支护成本降低， 极大地降低支护上所投入的人工；（5）安全状况大有改善；（6）运输和辅助服务更方便；（7）顶板支护强度的设计与巷道服务的年限及用途紧密相连；（8）巷道的使用得到改善（规格及形状）。锚杆支护虽然比传统的顶板支护方式快多了， 但是它仍然是最慢的一道工序。在一天24h 内， 连采机开机率只有20%30%。 为了改进这一局面，需要采用整体改进的方法， 达 到掘进 、顶板支护、煤炭运输、通风、服务及材料供应相配套， 使生产设备达到优化

4、。在欧洲， 达到这样效果的设备只有掘锚机。 它能在独眼巷里快速掘进， 支护紧跟迎头。在欧洲的典 型采矿条件下， 必须紧靠迎头打上高强度锚杆支护。1.2适用于欧洲的掘锚机系统在美国和澳大利亚，连续采煤机主要用于沿煤层快速掘巷，并与重型长壁设备一起使用， 使长壁回采工艺成为高产高效的主要采煤系统。新一代掘锚机已具备的性能，再加上在深井，特别是应力大的煤矿，在巷道支护上采用高强度的支护系统，使这样的系统在欧洲煤 矿使用也大有可能。英国成功地在矩形断面巷道上采用锚杆支护，带来了巷道掘进设备的革命。从80年代中叶 到现在， 巷道的掘进由过去使用掘进机全部改为使用连采机，到现在又开始采用掘锚机。 现在全世

5、界已有130多台专门设计的掘锚机（其中包括大修后装上钻机的那些连采机）， 其中 英国有14台在用。最新式设计，如久益公司生产的12BM15型掘锚机系统， 可提供能自动伸缩的带式输送机 、 通风、 电气及集尘等设备。所有这一切都是把结实耐用、经过实践检验的设备安装在 掘锚机后面的拖曳平板车上来实现的。 该系统总长不超过30m。而欧洲原先使用的标准掘进 机系统，全部铺开，长度超过100m。 这种极大简化了的掘锚机系统与以前相比有许多优点，掘锚 机系统的安全性能更好， 劳动力减少， 掘进速度更快， 锚杆支护标准更高，底板支护效 果更好， 巷道也更为稳定。RJB公司的多米尔矿、里卡矿以及DSK公司的威

6、尔斯矿先后引进了12BM15掘锚机，连带整个后 配套系统，包括电气、运输、通风及灭尘装置。图1计算机模拟的垂直顶板锚杆与水平侧帮锚杆（略）1.3掘锚机适用的支护系统要支护矩形断面的巷道， 就得使用锚杆， 这是高产高效矿井所必需的。采用树脂的现代 锚杆支护系统通过增强围岩来实现支护作用。聚脂锚杆支护系统的开发起了决定性的作用 。 它安装快捷便利，相对简单，适于自动安装。 这样的系统， 一旦设计合适，再加上 全程树脂锚护，可以提供很高的支护强度，非常适用于恶劣的地质条件。锚杆支护系统的 效果取决于现场的锚杆、树脂和岩石的粘合强度，这又反过来取决于锚杆表面形状、钻孔的 大小及钻孔来福线角度及系统材料

7、特性等诸多因素。在英国， 深井独眼巷掘进采用精心设 计的锚杆进行支护， 并对锚杆进行安全监测。英国的锚杆支护系统现已采用统一的英国标 准（BS7861）。 德国也有类似 的、 甚至更高的锚杆强度标准。采用这样的系统，在超过100 0m深的矿井，锚杆支护成功地应用于矩形巷道。高强度锚杆设计是因地而异的， 取决于巷 道断面的大小、 岩石及应力场的情况等。 随着井筒的加深， 相关的岩石应力增大， 所需要的锚杆数量会愈多，锚杆长度会愈长。 但是决定最优化的锚杆布局唯一可靠的办法 就是通过测量来进行设计和模型试验。岩石特性和现场应力的测量结果输进计算机进行模拟 ，加上现场岩性变形的测定以及所用的锚杆载荷

8、来校正模型。图2计算机模拟的倾斜外侧锚杆（略）尽管从70年代起岩石力学就采用了数据模型，但是只是最近几年由于技术的发展才有可能准 确地 模拟煤矿地层的变化，并评估变形量及所需要的支护。模拟包现在可准确模拟冒顶、“岩石应变软化和大的变形。同样重要的是现已开发的可以收集实际的岩石硬度、 应力及变形的 井下参数的技术， 既可以进行数据输入，又可以进行模型校正。RMT公司现正用这些先进的测定技术和模拟技术作为一个重要的工具来设计世界各煤矿的锚 杆支护系统。 它们在需要大量的支护，包括锚索支护的巷道里，对优化锚杆布局特别有用 。 在掘锚机上安装钻机系统的机器有着极大的优越性，但它使支护系统的设计复杂化，

9、因为在 锚杆定位上受到限制。在矩形巷道上打锚杆最好的方向是垂直的。图1和图2表明了在水平地 层所掘的巷道由计算机模拟所产生的剪切应变曲线。 顶板应变主要是从每一角落开始产生 的剪切变形， 它们在巷道中心点上面发生交叉。可是剪切破坏同时也出现在锚杆上端不远 的弱岩层与强岩层的交汇处。垂直的锚杆（图1）与倾斜的锚杆（图2）对下部的切变能起到有 效的支护作用，可是倾斜的锚杆对上部的变形层的支护力就小很多。这有两个原因，一是在 侧帮的上方布置倾斜锚杆，正好使它们远离了最需要加固的地方；二是它们倾斜地 穿过了变形层。 相比之下， 垂直锚杆能垂直于剪切面穿过上部变形层， 并直接作用在巷 道的上方， 起到最

10、大的加强作用。图3里可矿所采用的锚杆布局及锚杆支护程序（略）煤帮锚杆通常最好呈水平状，因为其作用就是当出现变形时，维持煤帮的整体性。在深 部井巷里，由于垂直应力的作用，不可避免地会产生煤壁向巷道发生大量位移。发生这种 向内的不等量位移的主要地点通常是在煤层里的低摩擦层面，尤其是在煤层的顶部和底部。如侧帮锚杆倾斜穿过那些层面，美元1它们要么被这种位移拉出来， 要么被切断失去支护作用。可是，掘锚机不能够兼顾锚杆的位置与垂直度。 图3显示出了锚杆的布置方式及侧帮锚杆的高度，详细说明了在里可矿使用的久益公司生产的12BM15掘锚机上所安装的锚杆机的工作步骤， 表明锚杆所能达到的倾角。 采用计算机模拟可

11、以评估锚杆位置与锚杆角度的影响。2掘锚机在欧洲的应用久益公司生产的12BM15型掘锚机是为某些特定宽度的巷道一次成巷设计的掘进设备，它的 切 割宽度可以选择为4.6m、4.8m、5m、5.2m或5.4m。切割头上装有液压伸缩装置（每端行程为 300mm）， 这样做可以在回撤时使切割头缩回600mm，便于机器的后退， 两个侧帮锚杆机安装在紧靠支护挡板后面的提升与倾斜油缸上（支护挡板就在切 割头后面）。这样做， 使得大多数侧帮锚杆水平安装，或者说尽可能接近水平。顶板锚杆机 装有滑行、摆动、倾斜油缸，它们也紧装在支护挡板后面，这样做灵活性很大，使得大多数 中部锚杆与外缘锚杆呈垂直状。巷道中心两侧的锚

12、杆倾斜一定的角度（正常达到15），大多数系统采用的顶板锚杆长为2.4m，侧帮锚杆为1.8m，一次成巷。该设备上装有两台液压泵，用于锚杆作业。切割头为旋叶式，以便把煤装到输送机上。这种方式在英国应用得很成功，不需要装载机构或扒爪。12BM15掘锚机上的支护工作位置充满了人性化的设计， 锚杆及辅料方便进出， 工作平台安 全、宽敞， 这样便提高了生产效率， 降低了工人的劳动强度。该机上装有区域照明灯。 两台顶板锚杆机上的超前临时支护力超过20t。在多米尔矿、 里可矿及最近发往威尔斯矿的这些掘锚机系统均装有各种辅助设施， 其中 包括自移式带式输送机、集尘装置、通风设施、除尘装置、供电设备、切割系统、装

13、 载系统及支护系统。这些加在一起，从迎头算起，长度才40m（按威尔斯矿的情形）。如把工 具箱和变压器重新布置一下，从头至尾，其长度可缩至30m。与掘锚机铰接的输送机直接 把煤运至自移式的“马蒂尔德”带式输送机尾上。铰接的输送机为悬挂式，机器与运输机的 搭接长度约为3m。自移式带式输送机尾共10节，每节长3m（这是威尔斯矿的情况）， 还有带 式输送机托辊和尾辊。 垂直油缸先把带式输送机架从底板上举起来。 两个纵向安装的3m 长的油缸再使整个带式输送机架前移。然后，导轨也前移。 在巷道外端设有自动张紧胶 带仓和铰车， 使胶带伸缩自如。所有这些动作都是在胶带运转时进行的。所有其它的辅助设施均装在自移

14、式带式输送机尾的顶部， 这包括主压入式通风系统（ 从巷 外自动供风）、抽出式搭接系统、湿式除尘装置、 变压器、开关及电缆。自移式带式输 送机尾向前行走时， 这些也随带式输送机机尾自动“行进”。 掘锚机先完成切割循环， 然后再进行支护循环， 距迎头2.3m处打锚杆。 临时支护托起W 形钢带， 两根锚杆顺势穿过。余下的顶板锚杆及侧帮锚杆交叉进行（一个锚杆机打孔时 ， 另一个作准备）。 在支护循环时，自移式带式输送机尾仍可自动行进， 这便使电气系 统、通风系统、除尘系统及胶带也自动跟进。（1）英国的里可矿。根据里可矿提供的参数设计出的全套掘锚机系统于2000年11月投入使用。 先打了斯坦利主煤层进风

15、走向平巷， 进入现有的巴日利煤层上部的斯坦利主采煤层的 新盘区， 而巴日利煤层已大部分采空。斯坦利主采煤层的工作深度均在750850m。巴日 利煤层与斯坦利煤层的层间距约为65m。采用计算机模拟设计出锚杆的支护布局， 并 以现场的实测加以校正。从一开始投入使用，效果就不错。掘进进度每周超出125m， 每班超过15m。具 体的循环时间为：切割（5.2m宽，3.2m高）需5min；支护（顶板锚杆6根， 2.4m长，侧帮锚杆6 根，1.8m长） 10min；带式输送机机尾移动及所有的辅助设施的行进与支护平行作业 ；总计15min。（2）英国的多米尔矿。该矿成功地把掘锚机应用在相对恶劣、需要高强度支护

16、的地质条件下已有多年。久益公 司生产的12BM15掘锚机每排要安装6根顶板锚杆，顶板锚索为4根，分别为3m和4m长;侧帮锚 杆为8根，均为1.8m长。这种布局是经过大量的实测，并最终通过计算机模拟优化而得出的 。工作深度也增大到800m左右，在这种条件下，这种布局提供了成功的支护。这种高强 度的支护，每掘0.8m， 钻孔累计总长度达48m。 如连续采煤机上不装锚杆钻机，根本行 不通。考虑到高强度的支护，掘进速度是相当不错的，每40min完成一个循环，每周可 以进尺60到70m。该设备在该矿的成功应用再一次表明，掘锚机大有潜力，它甚至能在深度 大、岩石破碎的采矿条件下提供有效的支护。（3）德国的

17、威尔斯矿。2001年2月，久益公司给德国DSK公司的威尔斯矿提供了同样的一套设备。先在地面组装、培 训和试运转，然后在2001年7月下井到P87号的回风巷投入使用，效果良好。4安全锚杆技术引入英国后， 事故大大减少， 不仅顶板冒落的事故减少， 而且涉及支护材料的 运输 事故也大大减少。而在仍用钢梁支护的地方，仍时有顶板冒落的事故发生。与掘锚机相关的 安全数据的统计还没有单独进行 ， 随着该设备的广泛使用， 预计安全状况会大为好转。 除了采用锚杆支护使顶板支护强度达到了一个更高的水平以外，由于支护程序的自动化程 度加大，工作人员面临的危险也大大降低。工人在安装锚杆时，他们是站在一个有保护的地 方

18、操作锚杆机与运送锚护材料。再则，也不需要让工人进入无支护的危险 区域。美国的最新研究表明，伤及人员的顶板冒落事故中，约25%仍然出现在无支护区。90年代初期，通过对英国阿斯福德矿所作的统计表明，采用掘锚机替代人工作业打锚杆， 由于安装锚杆的危险性大大降低，事故率降低了50%还多。采用久益公司生产的12BM15掘锚机时， 一个班只需要4个人， 由于工作平台大， 打眼作 业为半自动化， 工作量大大减少， 支护质量却大大提高， 工作人员的安全得到保证。“掘锚一体机在鲍店”（下）新装备落户兖矿带来“三赢” 2005-8-4 从4月5日到8月1日，在不到四个月的时间里，由对ABM20s掘锚机组的一无所知

19、到熟练驾驭，由过去的月进尺500米左右到突破千米大关，鲍店煤矿干部职工不仅经受住了严峻的考验，充分展示了过硬的干部职工队伍素质、精细的管理和敢于创新的精神面貌，而且为掘锚一体机在集团公司乃至全国推广应用积累了丰富的经验，为解决采掘失衡，保证生产接续，实现快掘高产铺就了一条金光大道。在使用掘锚一体机前，集团公司采用的是国产S100型掘进机，月进尺500米左右。但随着采煤机械化、自动化尤其是综采放顶煤技术的应用，集团公司的采煤效率不断提高，现有的掘进速度远远不能满足生产的需要，造成了生产接续紧张的现状，成为制约矿井发展的“短腿”。2005年初，集团公司领导审时度势，投资2000多万元从奥地利引进了

20、目前国际上最先进的ABM20s掘锚一体机，并将该设备投放到鲍店煤矿进行工业性试验，这是国内第四台，集团公司第一台掘锚一体机，没有任何使用经验可供借鉴，面对先进的设备，鲍店矿倍感压力和责任重大。他们从职工培训入手，组织举办了掘锚机新技术培训班，成立了学研小组，掘锚机到矿后，该矿综掘一区干部职工同厂家技术人员一起，将两万多个零部件组装成型，在地面进行操作演练，制定了严格的培训制度，将学习与实际操作相结合，确保了培训效果，6月初，该矿成功的将掘锚一体机运抵5305工作面，并实现了一次试运转成功。新型的掘锚一体机一改截割、扒装、运输再锚网支护等传统作业弊端，采用截刀伸缩自移式掘进，并连同锚网支护同时作

21、业，优化了作业流程，将原来的掘进速度提高了近两倍，同时，该设备还减少了现场工人的劳动强度，提高了安全系数。但在实际使用中，该矿遇到了掘锚机和国产除尘风机不配套等多个问题，他们根据工作面的实际情况，先后对掘锚一体机进行了近20项技术改造，增加了随机移动电缆车、除尘风机滑车、跟机电缆槽等，自行解决了钻头、钻杆不配套等50多个问题。同时，按照耿主席的要求，这个矿象爱护眼睛一样珍爱设备，对任何失误都当作事故处理，及时分析总结操作的经验和教训，在班前会进行通报，形成了操作规程以外的35条特殊规定，该矿还根据一体机遥控操作的特点，创新的推行了不停机交接班制度，确保设备完好交接，达到了人、机、环的有机统一，为实现安全快掘，月进突破一千米奠定了坚实基础，也为在集团公司乃至全国推广应用该设备积累了宝贵经验。（张华）