EBZ220TY綜掘大坡度掘進工藝研究及應用
江小軍 孫元琪
隨著現代化機械產品的推廣應用，綜掘機以其在煤巷中的掘進速度快、安全系數高、開采成本底等優點，已成為全世界現代化礦井掘進生產中不可替代的機械產品。但由于煤層的賦存條件的不同，在很多地質條件下無法使用整套的綜掘設備進行快速掘進作業，為保證煤炭資源的回收和開采，對大坡度綜掘施工工藝的研究及應用就顯得極為重要。
本文針對如何在大坡度條件下保證綜掘機正常施工和安全做了簡要總結，供大家參考交流。
一、地質及工程概述
4110工作面是中煤平朔井工一礦太西區4煤組第五個工作面，本工作面主掘煤層為4煤，4-1煤層煤層最大厚度13.66m，最小厚度為6.86m，4-2煤層煤層最大厚度3.80m，最小厚度為1.03m。煤層中夾矸為黑色泥巖，平均厚度在2.10m左右，掘進中沿4-2煤底板掘進，以4-1煤層底板做掘進巷道的頂板，全程半煤巖掘進，本條巷道設計長度2289m。前期坡度平均在6°左右，施工到1850后坡度增大，在1925m至2080處達到最大上山坡度16°~18°，長度155米，掘進斷面為寬×高=5.2m×3.6m。
巷道在掘進過程中使用的是煤科院太原分院生產的EBZ220TY掘進機，EBZ220TY掘進機主要技術參數：可掘巷道斷面28.0㎡ ，可掘最大高度5.1m，可掘最大寬度6.0m，適應巷道坡度±16°，供電電壓1140V，最大可截巖石硬度f＝10 Mpa，掘進機如圖1所示。

圖一 EBZ220TY型中硬巖掘進機
二、可行性研究
綜掘機一般適用于16°以下的巷道上山掘進，在掘進過程中如果碰到大坡度上山（18°以上），一般情況下都是采用炮掘工作面，甩掉綜掘機使用炮掘另安設一部SWG-40刮板機，改變生產工藝的主要原因是：
1、綜掘機履帶直接走在底板巖石上時，因為履帶和底板都比較硬而且較光滑，所以在坡度較大時，由于履帶和底板之間的摩擦力就較小，這是導致綜掘機下滑的一個主要因素。
2、在巷道上山坡度較大時，綜掘機傾斜度角度就較大，這樣，綜掘機自身重力向下的分力也就較大，而這個分力是導致綜掘機下滑的一個重要因素，所以，解決綜掘機自身的傾斜度是解決綜掘機大坡度上山的又一個關鍵問題。
3、由于向下的分力加大，綜掘機在穩定后開始截割進刀，再進刀的過程中，會延截割臂產生一個進刀阻力，阻力與自身重力的分力疊加，疊加的合力導致機組下滑，使進刀困難。
以上三個問題得到解決后，綜掘機大坡度上山掘進的難題就解決了。
三、技術原理及技術分析
在進行了可行性研究之后，在我公司領導周總的技術指導下進行了技術方面的分析與論證，具體分析情況如下：
1、針對大坡度上山時履帶和底板巖石之間摩擦力較小的現象，采用在底板上留底煤的方法來解決底板光滑的問題，以增加底板的摩擦力。綜掘機履帶走在底煤上比直接走在底板巖石上的摩擦力要大的多，這樣便可以解決硬（履帶硬）碰硬（底板硬）摩擦力小的問題。
2、將木頭墊在綜掘機履帶后部和后支撐下面的底煤上，以增加綜掘機后面的高度，減小綜掘機的傾斜度，這樣也減小了綜掘機向下的分力，這樣導致綜掘機下滑的第二個和第三個因素就得到了解決。
四、主要技術內容
在輔運巷施工期間，針對最大坡度18°的上山情況，通過和礦方相關科室合作，采用留底煤和用道木（道木規格：長×寬×高=1.2m×0.2m×0.2m）墊后支撐的方法進行施工。具體做法如下：
掘進機在爬坡過程中前后高差大，打上后支撐也很難克服邊行走邊割煤下滑，所以割煤后0.5米浮煤不鏟，留在底板，后支撐升起，然后在浮煤上墊半圓松木使掘進機爬行時不但減小了自身的傾斜度和確保了綜掘機割煤時的穩定性還增大了摩擦力，隨走隨墊木頭進行割煤。割煤后退機，迎頭進行幫、頂錨的支護，后面人工清理浮煤，這樣多工序同時作業，節省了作業時間，再按此方法向前爬行進行下一個循環工作。這樣，跟甩掉綜掘機進行炮掘相比，減少了運輸環節，施工速度得到了很大地提高。
五、實際應用效果
這種方法在輔運巷工作面的掘進中，克服了掘進機本身存在的缺陷，解決了大傾角上山掘進工程中的難題。跟炮掘相比，不但減少了搬運、安裝、拆除設備（溜子）的工時，還大大降低了勞動強度，更重要的是創造了建礦以來16°以上的上山掘進的月進尺最好成績275米，并且質量達到優良品，既保證了安全又保證了采煤面的接替。
六、取得的經濟及社會效益
經濟效益：
1、改變施工工藝，機掘的進尺速度與炮掘進尺速度相比較，至少節省20天的時間，為接續贏得寶貴時間。
2、節省了人工搬運及安裝兩部刮板機的費用50000元
3、節省投入材料費用30000元
4、節省拆運費用10000元
社會效益：
保證了安全，保證了進尺，保證了接續。
通過大坡度綜掘施工工藝在掘進工作面現場的實際應用，取得的效果極為明顯，為我院以后大于16°上山巷道的掘進提供了可靠的依據，為提高單進，加快機掘進尺，保證井工一礦采煤工作面的正常接續解決了現實的問題。
七、引申思考
根據4110工作面圖紙上提供的資料，在后期施工坡度有可能達到20°左右，為保證施工，解決上述問題，我項目部提出了墊道木在綜掘機履帶后部和后支撐下面的底煤上，再利用28噸回柱絞車反滑輪輔助牽引，綜掘機整體爬移的想法。
具體工藝：在綜掘機后10米的位置施工一規格為高×寬×長=3.6m×2.0m×7.0m的絞車硐室，讓28噸回柱絞車由20°山下自行爬到硐室所在位置，必須打注8根底錨桿及6根單體戧壓頂；在巷道迎頭附近頂板打2根錨索，并對錨索進行了拉拔實驗，確定符合施工所需拉力要求。將一臺20噸導向滑輪用400T綜采運輸機鏈條配合鋸齒環與綜掘機進行了鏈接，同時采用400T鏈條以及鋸齒環形成二次保護。28噸回柱絞車牽引鋼絲繩經導向滑輪穿過后，鉤頭用20T卡環與迎頭頂板上的錨索鏈接，并做好了防止鉤頭飛出的二次保護。一切準備就緒后，綜掘機司機打點給絞車司機預緊絞車鋼絲繩，在鋼絲繩受力的同時，啟動了綜掘機，在28噸回柱絞車的輔助牽引下，綜掘機踩浮煤和道木的施工工藝，來完成20°上山的掘進工作。
此工藝不僅能滿足一般掘進巷道使用的要求，且操作方法比較方便，為施工節省巨大的開資，更重要的是為采面的接續贏得寶貴的時間，可在同類工程中借鑒和推廣。