“三软”厚煤层回采巷道掘锚一体机工艺优化及应用

“三软”厚煤层回采巷道围岩整体强度低,且岩层结构组合普遍变化较大,造成掘进工作面悬露顶板稳定性差异明显,部分顶板稳定性较差区域无法直接采用掘锚一体机及配套施工工艺,造成掘进工作面频繁停工,整体掘进效率下降。针对此类问题,以沙吉海煤矿“三软”厚煤层回采巷道为工程背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟等综合研究方法,阐明了掘进工作面悬露顶板漏冒、掘锚一体机陷入底板或跑偏、煤壁片帮是制约掘锚一体机在“三软”厚煤层回采巷道中应用的关键制约因素;考虑悬露顶板厚度、扰动影响系数、顶板各岩层强度及各岩层完整性等参量的影响,建立和推导了掘进工作面悬露顶板极限跨距计算公式;形成了以掘进工作面悬露顶板极限跨距计算为主导的巷道围岩稳定性分级方法,将“三软”厚煤层回采巷道围岩划分为极稳定、稳定、中等稳定、不稳定、极不稳定5个级别;提出了不同稳定性级别围岩条件下掘锚一体机装备及施工工艺分类优化方案,并从截割滚筒位态调整、底板接地处理、巷帮作业平台增设等方面给出了困难作业环境下掘锚一体机应用对策。研究成果在沙吉海煤矿B1003W05工作面巷道进行了工程应用,其分类优化方案可有效保障掘锚一体机在“三软”厚煤层中的正常运行,相比邻近巷道采用悬臂式掘进机综掘工艺,掘进速度提升了1.0~1.8倍。

大采高掘锚一体机升降操作平台的设计及应用

结合大采高煤巷锚杆支护现状,设计了一种机载升降操作平台,解决大采高断面锚杆支护难的问题,减轻工人劳动强度。现场使用表明,该升降操作平台极大提高了锚杆支护效率,具有一定的推广价值。

EJM270/4-2(E)掘锚一体机电机智能保护装置设计

为提升EJM270/4-2(E)掘锚一体机在斜沟煤矿的作业效率,设计了适合该机型的电机智能保护装置。重点分析了以DSP、ARM双处理器为核心的保护装置的硬件、软件设计方案并完成了试验分析。分析结果表明:设计的掘锚一体机电机智能保护装置满足设计要求,能够实时、准确地触发保护动作,为掘锚一体机高效、安全、稳定运行奠定了基础。

煤巷锚杆支护施工装备现状及发展趋势

锚杆支护施工装备是煤巷锚杆支护成套技术的重要组成部分,直接影响锚杆支护速度与质量。经过长期发展,我国煤矿开发出多种形式的锚杆支护施工装备,包括单体锚杆钻机、锚杆钻车、掘锚机、掘锚一体机、锚杆转载机及跨骑式锚杆钻车等。系统分析了6类锚杆支护施工装备的发展历程、技术性能、技术参数、适用条件及最新进展。单体锚杆钻机轻便、灵活、技术成熟,形成系列化产品,得到广泛应用。机载锚杆钻臂可集成于不同平台,形成各种集成化施工装备:锚杆钻车形成了从两臂到九臂的多种机型,可紧跟掘进装备、与掘进装备交替作业,多臂协同、多臂平行作业完成锚杆支护施工;将机载锚杆钻臂配置于悬臂式掘进机上,开发出多种形式的掘锚机,实现了掘进与锚杆支护施工2个功能;掘锚一体机实现了国产化,研制出支护平台前移的掘锚一体机、护盾式掘锚一体机及钻锚一体化掘锚一体机;研制出从两臂到七臂的锚杆转载机、十臂跨骑式锚杆钻车,实现了锚杆支护与掘进、运输分区作业。介绍了钻锚一体化锚杆支护技术与装备,包括钻锚一体化锚杆、泵注锚固剂、钻锚一体化钻臂、钻箱、锚杆仓、锚固剂泵注系统及智能控制系统,将传统锚杆施工6道工序简化为1道连续工序,实现了“一键打锚杆”自动化作业,显著提高了锚杆支护速度和自动化程度。指出了煤巷锚杆支护施工装备发展趋势:数智化锚杆钻臂;锚杆钻臂定位、位姿自主调节及多钻臂协同控制技术;锚杆(索)结构与材料优化、锚注材料升级及施工设备完善;环境动态感知及随掘围岩稳定性判别;锚杆支护施工装备故障诊断技术;巷道围岩变形与支护体受力在线监测;建立大数据平台,实现锚杆支护自动化、智能化。

基于变权模糊理论的掘锚一体机组掘进适用性数学评价

掘锚一体机组具有掘锚钻同体、全宽截割、掘锚平行、锚运同步、多锚平衡等显著技术优势,具备远程操控和地面集中控制,满足日进百米要求,已成为“十四五”时期煤炭行业实现中高级智能化高效掘进、缓解采掘接续的关键装备群。然而,国内近5 a、数十个矿区的应用表明,掘锚一体机组对掘进煤层地质条件有一定的适用性要求,若条件不匹配,其掘进效率、经济性方面相比传统悬臂式掘进机的提升并不明显。因此,针对掘锚一体机组适用性程度的评估是亟需工作,提出了将层次分析、模糊数学以及变权理论等数学原理相结合的方法,基于数十个矿区的应用实践经验建立了掘锚一体机组地质适用性程度评价的数学评价指标框架体系,包括煤层地质赋存特征、掘进巷道特征、地质构造特征、安全影响要素等4个二级指标,并划分确定了21个三级子指标以及这些子指标所对应的特征取值条件,这些取值条件严格遵循并符合表征适用性程度的4种评语子集(“差、中等、较好、好”)要求,然后通过层次分析法得出了子指标的判断矩阵与常权权重,采用模糊数学隶属函数建立了子指标的模糊关系矩阵,引入对数函数与Hadamard矩阵原理实现了常权权重的变权(调低“好”因子权重、调高“差”因子权重,使其更符合实际),最后经过两级综合评判得出最终评价结果值并根据最大隶属原则即选择其最大值所属的评语子集,从而得出其适用性程度。至此,将创建完成的完整的变权模糊层次综合评价模型,引入已经应用掘锚一体机组的3个不同条件的矿井特征值参数(简称为HB矿、HL矿、XZ矿),进行评价模型的准确性验证。结果表明,本研究建立的变权模糊层次综合评价模型,在3个矿条件差异较大的情况下得出的评价结果能很好揭示出各个矿井的指标在不同评语集下的表现与隶属程度,与现场实践的效果吻合,综合评价模型中的权重赋值、矩阵构成、变权方法等计算模型的构建贴近现场实际,变权模糊层次综合评价模型量化表征了掘锚一体机组对某矿井煤层地质条件适用性程度,有助于矿井提前做出决策。

基于双屏视觉标靶的掘锚机机身位姿测量技术

针对掘锚机在煤矿巷道掘进过程中难以实现机身位姿的实时精确测量,进而导致难以实现定向掘进的问题,提出一种基于双屏视觉标靶的掘锚机导向方法。由2块竖直安装的感光成像屏组成双屏视觉标靶靶面,巷道中的激光器发射指示激光并在前、后靶面上呈现光斑,利用视觉测量、高精度栅格标定等技术,建立光斑质心的图像坐标与三维空间坐标的映射关系,以形成坐标点云数据;再根据栅格索引、坐标变换、欧拉角解算等原理,结合标靶底部的双轴倾角仪来获得掘锚机机身的实时位姿,并解算出机身关键点相对于巷道设计轴线的横向/纵向偏差,为掘进过程中的偏差纠正提供数据支撑。通过构建数学模型对系统脱靶问题进行了分析,同时搭建实验平台验证了该导向方法的有效性。实验结果表明:该方法能够实现机身六自由度空间位姿的精确测量;在9 m测试距离下偏航角重复性测量精度优于0.01º、偏航角绝对测量误差小于0.05º;在15~40 m测量范围内,用全站仪与矿用激光器设置计划线时机身关键点横向/纵向偏差测量误差分别小于5、15 mm。基于该方法研发的导向系统已成功应用于煤矿井下巷道掘进中,满足了巷道施工与掘锚机机身定位的精度要求。该导向方法的误差特性与测试距离无关,且该方法中涉及的所有光学测量功能均在标靶内部实现,可有效屏蔽井下复杂环境对测量功能的影响,大幅提升了现场应用时的抗粉尘干扰能力。

掘锚一体机的发展与技术优势

当下煤矿巷道的成型难点在于锚护速度滞后于掘进速度,并且存在劳动强度大、危险程度高、工程质量难以保证的问题。为解决掘、锚衔接矛盾,相关从业人员发展出了掘、锚一体机。本文简述了掘、锚一体机的发展现状,不同类型结构的优缺点和适应性,以及在实际应用中所发挥的技术优势,是一种很有发展前景,值得广泛推广的先进设备。

巷道掘进后配套装备的应用现状及发展趋势

梳理了常用巷道掘进后配套装备种类,包括破碎锚护转载类设备、转载运输类设备、可伸缩带式输送机机尾和掘进临时支护类设备。整理了以掘锚机为龙头时3种常用掘进工艺及配套装备、以掘进机为龙头时3种常用掘进工艺及配套装备、以连采机为龙头时的掘进工艺及配套装备,同时给出了每种配套形式的适用条件、设备分工及工艺特点。

基于掘锚一体化特厚顶煤巷道快速掘进与支护技术

为实现掘锚机组在特厚顶煤巷道的安全快速掘进,采用理论计算和数值模拟手段研究了掘进速度对巷道周围应力场、位移场的影响;基于掘锚机组的结构特征,提出顶板和帮部锚杆空间不成排的支护体系;通过改进支护材料、优化操作工序的手段,整体提升了掘进速度。研究结果表明:提高掘进速度,巷道前方支承压力峰值位置向掘进工作面靠近,峰值应力增大,产生的侧向应力区范围和周围煤岩体破坏区的位移都相应减小;不成排的支护体系一定程度减少了顶、帮应力场的叠加,但实现了帮部及时支护。掘锚机施工期间,日均进尺增加到14 m/d,同时降低工人劳动强度,为特厚煤层快速成巷的应用提供了良好的借鉴。

不同地质条件下掘锚机的行驶通过性能分析

掘锚机行驶通过性能是影响其地质适应性的重要因素,为研究掘锚机在不同地质条件下的通过性能,以Sandvik MB670型掘锚机为研究对象,国内某煤矿5-2煤层为研究背景,采用履带动力学理论与多体系统动力学仿真方法构建了巷道内不同地形条件下的掘锚机行驶动力学模型,仿真研究了掘锚机的运动特性和稳定性。结果表明:纵向地形是影响机身振动的主要因素,坡度越大掘锚机滑转现象越严重,当5-2煤层底板纵向坡度为17%时,掘锚机的平均滑转率达到0.214;底板倾斜是造成掘锚机偏航角和偏移量迅速增大的主要原因,掘锚机在凹形底板上的偏航角和偏移量很小,在凸型底板上的偏航角近似不变而偏移量随位移线性增加。通过DEM-MBD耦合仿真方法研究了掘锚机在全煤层、含水煤层、含30 mm矸石煤层和含60 mm矸石煤层4种底板的上的动力学特性。结果表明:煤层表面保留30 mm矸石层时掘锚机爬坡角度可达到19.5°左右,而当矸石层厚度为60 mm时爬坡角度降低为17°,当煤层含水时掘锚机最大爬坡角度略低于全煤层时的19°;虽然不同地质条件下掘锚机的平均接地比压相近,与理论值误差在5%左右,但在含60 mm矸石煤层上掘锚机接地比压分布最不均匀,不同位置履带接地比压相差达8 N/cm 2,高于其他3种底板,增加矸石层厚度还会带来底板沉陷和堆积问题。而少量矸石层在提高行驶性能的同时也导致掘锚机偏移量和启动阶段加速度增加,因此针对不同工况要控制底板表面矸石含量。

浅析ABM20掘锚机在煤矿开采中的应用

ABM20掘锚机是为了适应长壁开采工艺的需要,加快巷道掘进速度而设计的锚掘一体化快速掘进机。根据淮南煤矿的采矿条件,ABM20掘锚机配装4台顶板锚杆机和2台侧帮锚杆机。ABM20型掘锚机的使用,提高了技术装备水平,为进一步提高单进、确保回采正常街接和安全生产莫定了基础。

掘锚机后配套形式

介绍了国内现有几种掘锚机后配套系统的配套关系、布置方式和操作工艺特点,并从功能、可靠性、安全性、适应性、经济性诸方面对几种系统进行了分析和比较,提出了不同矿井条件下对其选型的建议。

复杂条件下掘锚一体机快速成巷技术研究

本文以常村煤矿为工程背景,设计了掘锚机施工巷道的最优支护方案,改进了掘锚机截割作业工序,并针对巷道冒顶、片帮等问题优化了掘锚机施工工艺。现场应用结果表明:煤巷月进尺由300m增加至600m,巷道围岩支护效果良好,使掘锚机组适应了工程现场的复杂地质条件。

煤矿快速掘进系统现状及发展趋势

针对当前煤矿采掘失衡比较突出的现象,对煤矿快速掘进技术的要求、成巷工艺、现状和发展趋势进行了研究,指出目前快速掘进中主要存在掘支不能平行作业、支护时间长、作业协调能力差、设备开机率低等问题,并详细介绍了不同地质条件下的快速掘进系统应用现状。探讨了煤矿快速掘进系统越来越综合化、智能化、集约化、个性化发展的趋势。

EJM340/4-2掘锚一体机在凉水井矿的应用

针对采掘衔接紧张、掘进技术落后的现状,凉水井矿采用掘支运平行作业理念,结合4-2煤的地质条件和巷道规格,引入国产掘锚一体机,优化掘、支、运工艺,提高掘进自动化和智能化水平,实现了掘进效率的大幅提升。

蒙大矿巷道高效快速掘进系统设计与应用

为了解决蒙大矿目前巷道掘进配套设备搭接行程短,掘进效率低等问题,通过研究蒙大矿煤层地质条件、巷道规格和施工工艺,开发设计一套以掘锚机、液压锚杆钻车、大跨距桥式转载机和履带行走式自移机尾为主要设备的高效快速掘进系统,该系统满足巷道日进尺50m的工程要求,将整体掘进效率提高2.5倍。该系统在蒙大矿3-1煤层,31104回风巷掘进工作面进行应用。应用结果表明:截止目前该系统日平均进尺45m,月平均进尺1100m,满足使用和设计要求。同时该系统也为3000m以下巷道掘进工作面提供了可选方案。

MB670型掘锚机电气系统

简述MB670型掘锚机电气系统的组成,分析系统对电源和电机设置的保护,简要介绍电源箱、控制器、各种传感器以及其他电气配件的功能。根据维修及服务经验总结了一些注意事项,指出了系统存在的不足并提出了合理的建议。

基于掘锚一体化技术的山特维克掘锚机应用研究

分析山特维克掘锚机在国内应用现状及其电气、液压、水系统特点和其他机械特征,得出山特维克掘锚机在技术层面的优势;根据当前我国矿井开采条件,分析掘锚机在我国的广阔应用前景。

掘锚机顶板锚杆机结构布置研究

掘锚机是一种集连续采煤机与锚杆机为一体的综合机械化采煤设备,锚杆机在连采机上布置结构是否合理,操作是否安全有效,会直接影响井下煤矿工人劳动强度,进而影响煤巷开采进度。通过对国外掘锚机锚杆机布置的研究,给出了一种新的结构布置方式。

掘锚一体机在不规则段开采中的应用

利用掘锚一体机集"掘锚运"3种功能一体的特点,提出利用掘锚一体机及配套系统进行条带式充填开采。根据煤矿资源分布特点,采用条带式充填开采,首采区布置3条中巷,中间巷道进风,两边巷道回风,进风巷道内布置充填系统。先用掘锚一体机掘出3条中巷,形成全风压通风系统。用掘锚一体机掘出煤房,然后充填开采后的煤房,待充填体稳固后,用掘锚一体机回收煤柱,最后充填采后煤柱,完成"三下"压煤的置换回收,理论计算表明,掘锚一体机配套梭车的形式,能够实现运输距离在150 m以下短距离巷道内施工,掘进巷道能达700 m/月左右,实现掘锚一体掘进技术在不规则块段煤柱内回收。