關(guān)于召開第六屆山西省煤炭總工程師論壇暨山西省煤炭安全綠色智能開采論壇的通知

項(xiàng)目名稱: 綜掘機(jī)超前護(hù)頂裝置的研制及掘進(jìn)工藝技術(shù)研究

申報(bào)單位: 山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司

主要完成人：賀貴元、徐鎖庚、郝躍洲、胡林、呂吉峰

魏兆祥

主要完成單位：山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司煤炭科學(xué)研究總院南京研究所

專業(yè)（學(xué)科）分類名稱代碼：礦山工程技術(shù)（440）

所屬國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)：B類型

任務(wù)來源：自選

項(xiàng)目起止時(shí)間：2006 年7月-2007 年10月

項(xiàng)目簡介：該項(xiàng)目屬于煤礦快速掘進(jìn)與安全技術(shù)領(lǐng)域，著重目前我國煤礦超前支護(hù)不安全以及超前支護(hù)速度慢影響快速掘進(jìn)的難題，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化超前支護(hù)。

該項(xiàng)目開發(fā)了綜掘機(jī)超前護(hù)頂裝置和配套掘進(jìn)工藝，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)與超前支護(hù)一體化。綜掘機(jī)超前護(hù)頂裝置主要由滑道、滑臺、主臂和護(hù)頂梁四大結(jié)構(gòu)部件及液壓系統(tǒng)、外配套電氣設(shè)備等組成，采用全液壓傳動(dòng)，配有超限聲光報(bào)警裝置和保護(hù)卸壓系統(tǒng)，完成掘進(jìn)過程中快速機(jī)械化臨時(shí)支護(hù)。該護(hù)頂裝置與掘進(jìn)機(jī)配套掘進(jìn)工藝的研究主要是研究采用該裝置后與掘進(jìn)機(jī)、錨桿支護(hù)等工序的配套掘進(jìn)工藝，找出合理的掘進(jìn)工藝和人員配備等，對該裝置使用后，超前支護(hù)系統(tǒng)的安全可靠性作出分析。

該項(xiàng)目具有與掘進(jìn)機(jī)合理配套實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)與超前支護(hù)一體化，能快速綜掘巷道的超前支護(hù)等特點(diǎn)，提高了超前支護(hù)機(jī)械化程度，加快掘進(jìn)速度。該項(xiàng)目采用了長滑道與雙伸縮主臂結(jié)合，使得護(hù)頂粱能進(jìn)入迎頭空頂區(qū)，真正實(shí)現(xiàn)了超前支護(hù)。該項(xiàng)目采用與掘進(jìn)機(jī)共享油箱，又有獨(dú)立液壓系統(tǒng)，簡化了液壓系統(tǒng)。該護(hù)頂裝置不僅能被動(dòng)承受壓力，而且能夠主動(dòng)支撐頂板，防止巷道頂板變形或下沉，有助于控制頂板。該項(xiàng)目具有超壓報(bào)警和保護(hù)卸壓功能，具有安全警示作用，既提高錨桿支護(hù)作業(yè)的安全性，為高產(chǎn)高效掘進(jìn)生產(chǎn)提供保障，又能保護(hù)設(shè)備，以免因過載損壞設(shè)備。

該成果獲2008年度中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)。第一臺設(shè)備一直在蘭花集團(tuán)伯方煤礦進(jìn)行井下應(yīng)用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。取得的經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)了超前支護(hù)的機(jī)械化和快速超前支護(hù)，縮短了綜掘巷道超前支護(hù)的時(shí)間，加大了超前支護(hù)的面積，從而加快掘進(jìn)速度，減少人員配置，提高了掘進(jìn)工效，累計(jì)給伯方煤礦帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)該項(xiàng)目還產(chǎn)生了巨大的社會(huì)效益。該項(xiàng)目的實(shí)施實(shí)現(xiàn)超前支護(hù)的機(jī)械化，減輕了超前支護(hù)的勞動(dòng)強(qiáng)度； 實(shí)現(xiàn)一掘多錨，減少錨桿支作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度。該項(xiàng)目的實(shí)施錨桿支護(hù)作業(yè)的安全程度，減少冒頂事故的發(fā)生。

項(xiàng)目詳細(xì)內(nèi)容：

1、立項(xiàng)背景、科技內(nèi)容、特點(diǎn)及應(yīng)用推廣情況：

（1）立項(xiàng)背景：

該項(xiàng)目的提出來源于煤礦生產(chǎn)的迫切需要。隨著綜采工作面生產(chǎn)能力和推進(jìn)速度的提高，采區(qū)范圍日益加大，采準(zhǔn)巷道的機(jī)械化快速掘進(jìn)和支護(hù)成為礦井高產(chǎn)高效、安全生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一，掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)具有連續(xù)掘進(jìn)、工序少、效率高、速度快、施工安全、勞動(dòng)條件好、對巷道圍巖不產(chǎn)生振動(dòng)破壞等特點(diǎn)，尤其是綜采工作面的順槽斷面大，只有配套綜掘才能滿足快速掘進(jìn)的需求。目前我國大力推行錨桿支護(hù)的綜掘巷道，由于圍巖多為中等穩(wěn)定和不穩(wěn)定狀況，頂板較破碎，支護(hù)形式多種復(fù)合，有錨桿、梁、網(wǎng)、錨索甚至還要加金屬棚。因巷道斷面小，大多配套使用風(fēng)動(dòng)單體錨桿鉆機(jī)，每個(gè)循環(huán)需將它由綜掘機(jī)前后拖進(jìn)拖出，占用輔助時(shí)間長，致使掘錨平均月進(jìn)尺均比較低，產(chǎn)生采掘失調(diào)、接續(xù)緊張的被動(dòng)局面。由于掘錨速度慢，為避免空頂時(shí)間長引起頂板發(fā)生沉降離層和變形，采用超前支護(hù)是必要的。

美、澳、英等許多國家自推行錨桿支護(hù)以來，根據(jù)巷道圍巖地質(zhì)條件，制定錨桿支護(hù)形式與支護(hù)參數(shù)，并定為法規(guī)。由于國外巷道頂板條件較好，支護(hù)形式較為單一，實(shí)施高強(qiáng)度、高預(yù)拉力錨桿全長錨固，錨桿間排距較大。綜掘機(jī)械化程度高，掘錨綜合速度快，實(shí)行一次性永久支護(hù)基本無超前支護(hù)的概念。

國內(nèi)煤礦目前普遍使用的超前支護(hù)形式是竄管前探梁和支柱加橫梁兩種方式。前一種形式支護(hù)面積小，不能滿足一掘兩錨的要求，且支護(hù)速度慢，支護(hù)效果差，且工人勞動(dòng)強(qiáng)度大；第二種形式則支護(hù)速度慢，導(dǎo)致空頂時(shí)間長，頂板易發(fā)生沉降和變形，而且工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。

該項(xiàng)目主要使綜掘巷道超前支護(hù)機(jī)械化，提高綜掘巷道掘錨速度，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。在頂板條件允許下，該裝置可實(shí)現(xiàn)一掘兩錨，減少錨桿機(jī)拖進(jìn)拖出的輔助時(shí)間，而且其護(hù)頂速度快，從而加快掘錨速度。同時(shí)該裝置機(jī)械化程度高，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。因此該項(xiàng)目將提高綜掘巷道超前支護(hù)機(jī)械化，加快掘錨速度，同時(shí)提高錨桿支護(hù)作業(yè)安全性。

（2）科技內(nèi)容：

該項(xiàng)目的綜掘機(jī)超前護(hù)頂裝置采用機(jī)載式配載方式與掘進(jìn)機(jī)相結(jié)合，即在掘進(jìn)機(jī)機(jī)身中上部設(shè)置長滑道，整個(gè)裝置依靠滑道在掘進(jìn)機(jī)上前進(jìn)和后退，掘進(jìn)機(jī)僅提供載其行走功能。該裝置采用長滑道和雙伸縮主臂將護(hù)頂粱送入空頂區(qū)，完成超前支護(hù)的作業(yè)。

該護(hù)頂裝置主要由滑道、滑臺、主臂和護(hù)頂梁四大結(jié)構(gòu)部件及液壓系統(tǒng)、外配套電氣設(shè)備等組成，采用全液壓傳動(dòng)。

滑臺上配置操作臺、回轉(zhuǎn)體、支臂油缸、擺動(dòng)臂油缸、引導(dǎo)油缸等，與主臂為鉸軸聯(lián)接?；_下配置滑道油缸-鏈條增倍機(jī)構(gòu)，可使滑臺在滑道上前后移動(dòng)?；啦捎秒p槽框式結(jié)構(gòu)，槽形內(nèi)置，用作兩組滾輪的滾道?；劳ㄟ^由掘進(jìn)機(jī)引出的三組橫梁固定在掘進(jìn)機(jī)的中上部。主臂采用雙層套筒式伸縮結(jié)構(gòu)，內(nèi)置變幅油缸，可使主臂伸縮變幅。主臂后端與滑臺上回轉(zhuǎn)體鉸軸聯(lián)接，并受支臂油缸的支撐，可實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)體在擺臂油缸的作用，可使主臂左右擺動(dòng)。主臂前端安裝仰俯油缸并鉸軸聯(lián)接護(hù)頂梁。仰俯油缸用以調(diào)整護(hù)頂梁的仰俯角，使護(hù)頂梁平行巷道頂板。護(hù)頂梁由隨動(dòng)油缸、延伸油缸、斜撐油缸、上下雙層護(hù)板、左右兩側(cè)護(hù)板及導(dǎo)向桿等組成。轉(zhuǎn)角油缸擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)護(hù)頂梁擺動(dòng)，延伸油缸用以推動(dòng)上層護(hù)板向前伸長，使護(hù)頂長度增加。斜撐油缸用以展開兩側(cè)鉸接的側(cè)護(hù)板，使護(hù)頂寬度增加。

該項(xiàng)目解決了超前支護(hù)的機(jī)械化的難題，解決了超前支護(hù)與掘進(jìn)機(jī)之間的合理匹配，實(shí)現(xiàn)了超前支護(hù)與掘進(jìn)之間獨(dú)立工作而互不干涉。該裝置采用長滑道和雙伸縮主臂結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了將護(hù)頂粱及時(shí)快速送入迎頭空頂區(qū)，實(shí)現(xiàn)快速及時(shí)超前支護(hù)。該項(xiàng)目的護(hù)頂裝置采用護(hù)頂粱重疊和側(cè)板鉸接結(jié)構(gòu)，解決了護(hù)頂粱收攏要求小、展開要求面積大的問題，實(shí)現(xiàn)了一掘多錨。該護(hù)頂裝置采用了報(bào)警裝置和保護(hù)卸壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了安全設(shè)備的高可靠性，同時(shí)保障設(shè)備本身的安全。

該項(xiàng)目技術(shù)成果達(dá)到國際先進(jìn)水平。該項(xiàng)目技術(shù)成果已經(jīng)成功地在蘭花集團(tuán)公司所屬煤礦大陽煤礦、唐安煤礦得到應(yīng)用，并且已經(jīng)與王坡煤業(yè)有限公司進(jìn)行推廣應(yīng)用，核心設(shè)備綜掘機(jī)超前護(hù)頂裝置已經(jīng)在制造之中，另外，就該項(xiàng)目技術(shù)成果推廣應(yīng)用已經(jīng)與中美合資的晉城大寧煤礦、晉城煤業(yè)的長平公司以及大同煤業(yè)集團(tuán)等單位簽訂了意向合同。相信該技術(shù)成果將得到廣泛的應(yīng)用。

目前，隨著我國煤礦綜采技術(shù)的發(fā)展，采煤速度越來越快，采煤幾乎攆著掘進(jìn)走。雖然綜掘機(jī)在我國得到較好發(fā)展與應(yīng)用，隨著我國錨桿技術(shù)的推廣應(yīng)用，該技術(shù)給煤礦的錨桿支護(hù)帶來很多好處，但是使用該技術(shù)后，綜掘巷道掘進(jìn)速度一直沒有得到提高。綜掘速度成為實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的瓶頸，綜掘速度慢已經(jīng)造成了煤礦采掘比嚴(yán)重失調(diào)。超前支護(hù)雖然是整個(gè)掘進(jìn)過程中一道工序，但是落后的超前支護(hù)技術(shù)同樣制約著掘進(jìn)速度的提高。通過該項(xiàng)目技術(shù)成果的推廣應(yīng)用，提高超前支護(hù)的機(jī)械化程度，實(shí)現(xiàn)一掘多錨，從而提高掘進(jìn)速度，緩解采掘比失調(diào)的矛盾。同時(shí)該項(xiàng)目又能為錨桿支護(hù)作業(yè)提供安全保障，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。該項(xiàng)目技術(shù)成果不僅為綜掘巷道掘進(jìn)提供安全保障，而且使我國煤礦綜掘巷道的掘進(jìn)速度得到提高，為加快綜掘速度開辟一條新技術(shù)途徑。通過該項(xiàng)目技術(shù)成果的推廣應(yīng)用將推進(jìn)我國綜掘巷道的技術(shù)與裝備的發(fā)展，提高我國綜掘巷道機(jī)械化水平，推動(dòng)我國綜掘巷道錨桿支護(hù)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，從而我國煤礦建設(shè)高產(chǎn)高效的礦井提供有力保障。

（3）成果特點(diǎn)

國外產(chǎn)煤大國現(xiàn)開采煤層賦存條件決定巷道頂板條件好，巷道斷面大，巷道掘進(jìn)設(shè)備為配套頂板錨桿機(jī)的連采機(jī)和掘進(jìn)機(jī)，支護(hù)形式較為單一，采用大跨距高強(qiáng)度、高預(yù)拉力錨桿全長錨固。實(shí)行一次性永久支護(hù)基本無臨時(shí)支護(hù)的概念。采用以上掘錨設(shè)備和支護(hù)工藝，因頂板條件好，不易發(fā)生較大的頂板沉降和變形，則僅在司機(jī)的頭頂位置加上可靠的護(hù)頂板來保護(hù)司機(jī)。

該項(xiàng)目技術(shù)成果在安裝選位上更加可靠合理；在支撐力上能主動(dòng)支撐頂板，又能被動(dòng)支撐頂板，護(hù)頂力大；護(hù)頂板能夠進(jìn)入空頂迎頭直接護(hù)頂；護(hù)頂粱對巷道頂板的適應(yīng)性好；采用安全保護(hù)系統(tǒng)，更加安全可靠。

與當(dāng)前國內(nèi)普遍使用的幾種超前支護(hù)方式對比表

（4）應(yīng)用情況：

本技術(shù)在蘭花公司伯方煤礦進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了一掘兩錨，提高了掘進(jìn)效率，日進(jìn)尺達(dá)16米，較原先的掘進(jìn)速度日進(jìn)尺多5米，全年可增加掘進(jìn)進(jìn)尺1600余米。同時(shí)采用該裝置進(jìn)行護(hù)頂，能提高超前支護(hù)速度，及時(shí)支護(hù)空頂區(qū)，減少頂板冒頂?shù)膸茁?，從而減少大面積冒頂事故的發(fā)生。另外，采用該裝置進(jìn)行超前支護(hù)為主動(dòng)支護(hù)與被動(dòng)支護(hù)相結(jié)合，當(dāng)受力超過限載時(shí)，該裝置進(jìn)行報(bào)警，提醒工人注意，保護(hù)工人安全。運(yùn)行以來已安全掘進(jìn)4620米。

目前該技術(shù)成果已經(jīng)在蘭花集團(tuán)所屬大陽煤礦、唐安煤礦得到應(yīng)用。同時(shí)已經(jīng)推廣到山西晉城王坡煤業(yè)有限公司，設(shè)備正在制造之中，預(yù)計(jì)今年6月投入使用。另外該項(xiàng)目技術(shù)成果還和山西大同煤業(yè)集團(tuán)、晉城煤業(yè)集團(tuán)、兗礦集團(tuán)等簽訂合作意向。隨著推廣力度的加大，該技術(shù)成果將會(huì)有廣泛的應(yīng)用前景。

（5）經(jīng)濟(jì)效益：

各欄目的計(jì)算依據(jù)：

“綜掘機(jī)超前護(hù)頂裝置的研制及掘進(jìn)工藝技術(shù)研究”在蘭花公司伯方煤礦試驗(yàn)成功后，大大提高了掘進(jìn)效率，年增加掘進(jìn)進(jìn)尺1600米，增加掘進(jìn)出煤量2.88萬噸，噸煤利潤178元，新增利潤513萬元，新增稅收169萬元；大陽礦應(yīng)用六個(gè)月，增加掘進(jìn)進(jìn)尺540米，增加掘進(jìn)出煤量8400噸，噸煤利潤211元，新增利潤178萬元；唐安煤礦應(yīng)用五個(gè)月已安全掘進(jìn)1850米，增加掘進(jìn)進(jìn)尺600余米，增加掘進(jìn)煤量9400噸，噸煤利潤195元，新增利潤184萬元。

（6）社會(huì)效益：

a采用綜掘機(jī)超前護(hù)頂裝置進(jìn)行護(hù)頂，能提高超前支護(hù)速度，及時(shí)支護(hù)空頂區(qū)，減少冒頂事故的發(fā)生。

b采用該裝置進(jìn)行超前護(hù)頂時(shí)，當(dāng)受力超過4噸，該裝置首先進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)會(huì)自動(dòng)低頭讓位。最大程度避免迎頭人身安全事故及保護(hù)設(shè)備的安全。

c采用超前護(hù)頂裝置的掘進(jìn)工藝要比竄管方式的掘進(jìn)工藝月進(jìn)尺快140米?？梢蕴岣呔蜻M(jìn)綜合速度，有效緩解目前我國煤礦普遍存在的采掘比失調(diào)的矛盾，可滿足建設(shè)高產(chǎn)高效礦井的需要。

2、發(fā)現(xiàn)、發(fā)明及創(chuàng)新點(diǎn)：

該技術(shù)成果主要有以下創(chuàng)新點(diǎn)：

1) 開發(fā)的長滑道與雙伸縮主臂相結(jié)合的機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了護(hù)頂裝置的快速移動(dòng)和有效護(hù)頂。

2) 護(hù)頂裝置與掘進(jìn)機(jī)采用共用油箱，簡化了液壓系統(tǒng)； 護(hù)頂裝置的滑移機(jī)構(gòu)采用油缸-鏈條增倍機(jī)構(gòu)，縮短了裝置長度，保證了掘進(jìn)機(jī)后部出煤不卡阻。

3) 護(hù)頂裝置的超限聲光報(bào)警裝置和保護(hù)卸壓系統(tǒng)，具有安全警示、防止設(shè)備過載損壞的功能。

本項(xiàng)目曾獲科技獎(jiǎng)勵(lì)情況：2008年榮獲“中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)” 三等獎(jiǎng)。