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摘要：針對掘錨機配套側(cè)幫錨桿鉆機施工巷道兩幫上排錨桿孔角度較大及掘進時工作面粉塵濃度較大的問題，在掘錨機頂部平臺加裝機載錨桿鉆機，代替人工完成巷道兩幫上排錨桿孔施工，同時可以實現(xiàn)掘進面迎頭煤層注水孔施工。通過在保德煤礦８１３０９回撤通道掘進面的現(xiàn)場工業(yè)性試驗表明，ＭＪＺ－４００／３００Ｅ型機載錨桿鉆機結(jié)構(gòu)尺寸小，與掘錨機配套適用性強，可實現(xiàn)多角度鉆孔施工，降低了工人的勞動強度，改善了掘進面的生產(chǎn)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：掘錨機；機載錨桿鉆機；錨桿鉆孔；煤層注水孔

我國９０％以上煤礦生產(chǎn)屬于井工開采，巷道掘進作為煤炭開采的先行工序，是煤礦安全開采的前提。近年來，隨著掘進裝備的不斷發(fā)展和錨桿支護技術(shù)的推廣應(yīng)用，快速掘錨技術(shù)已成為建設(shè)高產(chǎn)高效礦井的關(guān)鍵［１，２］。目前，神東保德煤礦采用的是掘錨機組掘進工藝，主要的配套設(shè)備由掘錨機、梭車、破碎機和帶式輸送機組成，由掘錨機完成落煤、裝煤和支護工序［３－５］。由于掘錨機兩側(cè)配套側(cè)幫錨桿鉆機僅能完成巷道兩幫四排錨桿孔中的中間兩排錨桿孔施工，最上排錨桿孔由人工手持風動鉆機來施工，造成輔助作業(yè)時間長、作業(yè)環(huán)境差、占用人員多、工人勞動強度大、掘進效率低等［６－８］。此外，在煤礦開采過程中，幾乎各道工序都會產(chǎn)生粉塵。尤其是針對高產(chǎn)、高效的機械水平較高的采掘工藝，工作面空氣粉塵污染十分嚴重，其產(chǎn)塵量占全礦井的８５％以上［９，１０］。煤礦粉塵存在的危害主要有：①粉塵的爆炸危害，煤礦井下作業(yè)環(huán)境相對比較封閉，在狹小的空間內(nèi)如果空氣中的粉塵濃度超過一定比例后就容易發(fā)生爆炸，１９４９—２０１８年全國煤礦發(fā)生的２５起死亡百人以上特大事故中，有１４起為粉塵爆炸事故或瓦斯爆炸事故，粉塵爆炸后果嚴重；②粉塵的職業(yè)健康危害，粉塵是煤礦安全生產(chǎn)過程中最主要的職業(yè)危害，工人長期吸入較高濃度呼吸性粉塵可導致塵肺病的發(fā)生，我國煤礦工人塵肺病發(fā)病、致死情況十分嚴重，截至２０１８年，我國累計報告職業(yè)病病例９７.６萬例，煤炭行業(yè)塵肺病占塵肺病的５０％左右［１１，１２］。目前國內(nèi)掘進面防降塵主要采用除塵風機、掘進機內(nèi)、外噴霧的被動方式［１３－１５］，而除塵風機由于體積大、成本高、維修難度大，使用受到了一定的限制，掘進機內(nèi)噴霧方式由于技術(shù)難題，常常堵塞，外噴霧霧化由于疏水性粉塵難以被濕潤，效果也不太好，在水壓不足的情況下，不僅會影響粉塵防治效果，還會導致掘進工作面發(fā)生積水問題，因而降塵難度大［１６－１８］。縱觀各類除塵方法，煤層注水工藝具有降塵明顯等諸多優(yōu)點，但通常選用鉆機與掘錨機交替施工，成本高、效率低。因此，引入ＭＪＺ－４００／３００Ｅ型機載錨桿鉆機（以下簡稱鉆機），代替人工完成巷道兩幫上排錨桿孔施工，同時實現(xiàn)掘進面迎頭煤層注水孔的施工。

１鉆機的結(jié)構(gòu)組成

該鉆機是一款為掘錨機配套使用的機載錨桿鉆機，不僅可以完成巷道兩幫幫錨桿支護作業(yè)，也可以完成掘進工作面煤層注水孔的施工。鉆機可安裝于本體設(shè)備上進行施工，不影響本體設(shè)備的使用。鉆機的主要性能參數(shù)見表１。鉆機結(jié)構(gòu)尺寸小，與掘錨機配套適用性強，可實現(xiàn)多角度鉆孔施工，主要由調(diào)角裝置、給進裝置、夾持器、回轉(zhuǎn)器和接管板等組成。在調(diào)角油缸的作用下，可以實現(xiàn)主軸傾角０°～１０°的調(diào)節(jié)，在回轉(zhuǎn)減速器的作用下，可以實現(xiàn)方位角－９０°～９０°的調(diào)節(jié)。鉆機工作所用的動力液由掘錨機的液壓系統(tǒng)提供，在調(diào)角油缸的控制回路中設(shè)有平衡閥，保證鉆機的工作安全性，在回轉(zhuǎn)減速器的控制回路中設(shè)置有液壓鎖，保證鉆機的工作穩(wěn)定性。

２錨桿支護及掘進面煤層注水技術(shù)方案

２.１巷道兩幫上排錨桿支護總體方案

保德煤礦８１３０９回撤通道掘進面的巷高為３８００ｍｍ，采用“四排矩形”布置方式，最上排幫錨桿距頂板為２００～３００ｍｍ，錨桿間排距為９００ｍｍ×１０００ｍｍ。使用２８００ｍｍ×１２００ｍｍ及１２００ｍｍ×１００００ｍｍ的金屬網(wǎng)（片幫嚴重時使用３２００ｍｍ×１２００ｍｍ的金屬網(wǎng)及１２００ｍｍ×１００００ｍｍ的金屬網(wǎng)），選用?１８ｍｍ×２１００ｍｍ的圓鋼錨桿、８ｍｍ×１４０ｍｍ×３００ｍｍΩ托盤。保德煤礦８１３０９回撤通道掘進面斷面支護結(jié)構(gòu)如圖１所示。

２.２掘進面迎頭煤層注水總體方案

按照保德礦８１３０９回撤通道掘進面日掘進循環(huán)及煤層注水降塵需求，在掘進迎頭布置３個煤層注水孔，孔深２２ｍ，孔徑?４２ｍｍ，３個煤層注水孔水平布置，均垂直距離巷道頂板約０.７ｍ，２號煤層注水孔布水平布置在巷道中線上，１號煤層注水孔左偏２號煤層注水孔約０.６ｍ，３號煤層注水孔右偏２號煤層注水孔約０.６ｍ。為了便于鉆進施工時出渣、抽取鉆桿，３個煤層注水孔均沿水平方向向上偏移５°。３個煤層注水孔布置方案如圖２所示。

３現(xiàn)場工業(yè)性試驗

３.１巷道兩幫上排錨桿支護施工工藝

巷道兩幫錨桿的支護工藝為：鋪網(wǎng)—鉆孔—安裝錨桿—緊固錨桿。開始支護幫錨桿時，首先掘錨機上面的支護工將幫網(wǎng)展開，鋪到煤幫上，將幫網(wǎng)與頂網(wǎng)先用幾道鐵絲固定住，支護工利用掘錨機自帶的側(cè)幫錨桿鉆機及頂部平臺安裝的上機載錨桿鉆機同時支護幫錨桿，將網(wǎng)片搭接處壓實；巷道兩幫上排錨桿支護的鉆孔使用安裝在掘錨機頂部平臺的鉆機，其可以實現(xiàn)方位角－９０°～９０°的調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)減速器及調(diào)角油缸精確定位給進點。鉆孔施工完成后，取規(guī)定數(shù)量的樹脂藥卷放入孔內(nèi)，然后用錨桿頂住藥卷穿入孔內(nèi)，將錨桿放入攪拌器，將動力頭伸出，直至錨桿底部到達孔口約２０ｍｍ處，轉(zhuǎn)動攪拌器，攪拌樹脂，時間為８～１２ｓ，然后安裝錨桿將托盤緊貼側(cè)幫，樹脂藥卷的凝膠時間為８～２５ｓ，并等待１０～３０ｓ；待樹脂凝固后，操作動力頭回轉(zhuǎn)手柄，緊固錨桿，直至錨桿達到規(guī)定的錨固力及扭矩，必要時采取二次緊固，如緊固過程中錨桿失效，應(yīng)立即進行補打錨桿。

３.２掘進面迎頭煤層注水施工工藝

掘進面迎頭煤層注水的施工工藝為：掘進—鉆孔—封孔—注水。煤層注水孔也使用安裝在掘錨機頂部平臺的鉆機，通過調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)減速器及調(diào)角油缸精確定位給進點。為保持與錨桿支護的鉆具匹配，鉆桿采用錨桿支護通用Ｂ１９金屬鉆桿，鉆頭為?４２ｍｍ煤鉆頭。煤層注水孔施工完成后，進行煤層注水施工工序：由通風隊安裝鉆孔注水封孔器并連接配套控制閥門、膠管等，利用注水孔進行注水；注水過程中適當對控制閥門進行調(diào)節(jié)，煤層注水流量不宜過大，小流量對煤層濕潤效果更好，注水結(jié)束后由掘錨隊負責拆除注水設(shè)備并現(xiàn)場保存，方便下次使用；掘進工作面每推進２０ｍ，實驗室對工作面煤層含水量測定一次，打鉆取樣深度為１０ｍ，要求注水后煤體含水量不小于４％；最后由通風隊瓦檢員負責做好注水相關(guān)記錄，并由測塵員做好煤層注水前后的粉塵測定和數(shù)據(jù)對比工作。

３.３試驗效果

巷道兩幫上排錨桿支護。鉆機在保德煤礦８１３０９回撤通道進行了現(xiàn)場工業(yè)性試驗。共施工鉆孔１１０個，其中巷道兩幫上排錨桿孔１０６個，煤層注水孔４個，最大孔深３０ｍ。鉆機每班施工鉆孔情況見表２。通過現(xiàn)場統(tǒng)計表明，使用鉆機較人工使用手持鉆機進行巷道兩幫上排錨桿孔施工，作業(yè)人數(shù)由２人減為１人，完成巷道兩幫上排錨桿支護的平均作業(yè)時間由原來的２５ｍｉｎ降為１５ｍｉｎ，同時鉆機施工較人工進行錨桿支護的成排、成行效果更好。掘進面迎頭煤層注水施工。煤層注水試驗期間，除掘進面迎頭煤層注水外，沒有采取煤機外噴霧、除塵風機、回風流降塵噴霧等其他除塵措施，煤層注水前后粉塵濃度對比情況見表３。由表３可知，８１３０９回撤通道掘進面迎頭煤層注水前后其掘進迎頭全塵和呼塵的最大降塵率分別為２６.６３％和４１.２８％，掘進面粉塵濃度得到了較大程度的降低，特別是對降低呼吸性粉塵有明顯效果。

４結(jié)論

１）鉆機結(jié)構(gòu)尺寸小，與掘錨機配套適用性強，可實現(xiàn)多角度鉆孔施工，可滿足巷道兩幫錨桿支護和掘進迎頭煤層注水孔等多功能施工需求，改善掘進面工作環(huán)境。２）使用鉆機施工巷道兩幫上排錨桿孔較人工手持氣動鉆機施工效率提高４０％，極大地降低了工人的勞動強度。３）鉆機的最大扭矩為４００Ｎ·ｍ，可以提供較大預緊力，錨桿支護成排、成行效果好，錨桿支護一次性施工合格率提高了５％。

作者:阮進林 李旺年 鐘自成 單位:國能神東煤炭集團有限責任公司 中煤科工集團西安研究院有限公司