項(xiàng)目名稱(chēng): 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(zhuān)業(yè)（學(xué)科）分類(lèi)名稱(chēng)代碼：礦山工程技術(shù)（440）

所屬?lài)?guó)民經(jīng)濟(jì)行業(yè)：B類(lèi)型

任務(wù)來(lái)源：自選

項(xiàng)目起止時(shí)間：2006 年7月-2007 年10月

項(xiàng)目簡(jiǎn)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(guó)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(kāi)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(tái)、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(guò)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(duì)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(zhǎng)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(jiǎn)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(guò)載損壞設(shè)備。

該成果獲2008年度中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)。第一臺(tái)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(lái)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(lái)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(duì)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(mǎn)足快速掘進(jìn)的需求。目前我國(guó)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(zhǎng)，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(zhǎng)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(guó)家自推行錨桿支護(hù)以來(lái)，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(guó)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(zhǎng)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(wú)超前支護(hù)的概念。

國(guó)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(mǎn)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(zhǎng)，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(zhǎng)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(zhǎng)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(tái)、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(tái)上配置操作臺(tái)、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?；_(tái)下配置滑道油缸-鏈條增倍機(jī)構(gòu)，可使滑臺(tái)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^(guò)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(tái)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(zhǎng)，使護(hù)頂長(zhǎng)度增加。斜撐油缸用以展開(kāi)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(zhǎng)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(kāi)要求面積大的問(wèn)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(guó)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(yáng)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(zhǎng)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(guó)煤礦綜采技術(shù)的發(fā)展，采煤速度越來(lái)越快，采煤幾乎攆著掘進(jìn)走。雖然綜掘機(jī)在我國(guó)得到較好發(fā)展與應(yīng)用，隨著我國(guó)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(lái)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(méi)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(guò)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(guò)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(guó)煤礦綜掘巷道的掘進(jìn)速度得到提高，為加快綜掘速度開(kāi)辟一條新技術(shù)途徑。通過(guò)該項(xiàng)目技術(shù)成果的推廣應(yīng)用將推進(jìn)我國(guó)綜掘巷道的技術(shù)與裝備的發(fā)展，提高我國(guó)綜掘巷道機(jī)械化水平，推動(dòng)我國(guó)綜掘巷道錨桿支護(hù)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，從而我國(guó)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(guó)外產(chǎn)煤大國(guó)現(xiàn)開(kāi)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(zhǎng)錨固。實(shí)行一次性永久支護(hù)基本無(wú)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(lái)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(duì)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(guó)內(nèi)普遍使用的幾種超前支護(hù)方式對(duì)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(guò)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(lái)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(yáng)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(wàn)噸，噸煤利潤(rùn)178元，新增利潤(rùn)513萬(wàn)元，新增稅收169萬(wàn)元；大陽(yáng)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(rùn)211元，新增利潤(rùn)178萬(wàn)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(rùn)195元，新增利潤(rùn)184萬(wàn)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(guò)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(guó)煤礦普遍存在的采掘比失調(diào)的矛盾，可滿(mǎn)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(kāi)發(fā)的長(zhǎng)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(jiǎn)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(zhǎng)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(guò)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(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)” 三等獎(jiǎng)。