高艳辉
（山西沁源梗阳煤业有限公司，山西 长治 046599）
山西沁源梗阳煤业位于山西省长治市沁源县王后镇后沟村，井田面积为8.033 1 km2，保有地质储量7 379 万t，设计开采储量2 795 万t，开采1～11 号煤层，设计生产能力为90 万t/年。梗阳煤业6 号煤层一采区开采完成后，其主采的6 号煤层转到二采区进行开采。由于6 号煤层二采区上部距离原神灵矿3 号煤层采空区较近，上覆采空区大量积水对其安全开采的影响巨大，必须对6 号煤层的顶板、两帮进行严格的探放水作业。该煤矿井下巷道以往主探水钻机采用ZDY-800 型煤矿坑道钻机，应用结果表明，其存在单次探放水时间较长的问题，从而造成巷道掘进单进水平低。针对这一情况，该煤矿与山西天地煤机装备公司合作，基于液压钻机和掘进机的功能集成化进行EBZ200T 型掘探一体机的开发设计，并进行了工业性试验。
梗阳煤业6 号煤层工作面以往采用ZDY-800 型煤矿坑道钻机进行探放水钻孔钻探。该钻探钻机技术参数为：钻进深度200/150 m、终孔直径Φ65/Φ75 mm、钻杆直径Φ42/Φ50 mm、终孔倾角0～90°、输出转速76/208 r/min、输出转矩800/325 N·m、给进/ 起拔力50/37.5 kN、给进行程850 mm、电动机功率15/18.5 kW。
6 号煤层与3 号煤层采空区之间的平均间距为12.6 m，6 号煤层工作面受到上覆3 号煤层大量采空积水的影响，从而造成了6 号煤层工作面探放水钻孔钻探施工的效率低下。主要表现为，6 号煤层工作面单次探放水时间从以往的1 d 增加到2 d，探放水钻探工程进尺从255 m 增加为435 m，单进水平由350 m降低为205 m。对以上问题进行分析，其主要为：6 号煤层工作面钻探施工巷道非常狭窄，而ZDY-800 型钻机只能是采用人工进行搬运，设备的转移效率低下，同时造成了多个安全隐患；
巷道施工的每个钻孔参数不同，每个钻孔施工都需要对钻机进行运输、安装、底锚固定、调试方位角和倾角，因此施工作业劳动强度大、作业时间长；
ZDY-800 型钻机在狭窄的巷道内进行停放时占用了巷道空间位置，影响到井下巷道材料的运输。
2.1 设计思路
针对梗阳煤业6 号煤层工作面巷道钻探现场的实况，为解决钻机钻探施工时单次探水时间长、巷道掘进单进水平低等问题，从施工工艺及智能化建设的角度考虑，提出了将钻机与掘进机进行集成，实现掘、探一体化作业的建议。将以往使用的ZDY-800 型钻机调整为ZY3200 型钻机，以EBZ200 型悬臂式掘进机为基础，进行改进设计，将ZY3200 型钻机集成在EBZ200 型掘进机上，从而完成EBZ200T 型掘探一体机的设计。
2.2 结构分析
EBZ200T 型掘探一体机的结构如图1 所示，主要包括截割部、装载部、刮板输送机、行走部、机架、回转台、液压系统、水系统、电气系统、物探钻机等部件[1-6]。具体介绍如下：
图1 EBZ200T 型掘探一体机整体结构示意图
1）切割部。切割部由功率为160 kW 水冷电动机提供输入动力并传递给切割头，进而实现切割作业，可根据施工现场煤的坚固性系数采用不同的切割策略。
2）装载部。装载部由铲板和驱动装置组成，通过三爪星轮转动实现对煤岩的装载。
3）物探钻机。物探钻机由基座、滑轨组件和钻臂系统组成，布置在机身左侧，液压钻机系统布置情况如图2 所示。通过操作各机构的动作来实现掘进工作面探孔的前探工作，符合“有掘必探，先探后掘”的煤矿安全施工要求，实现了掘探平行作业，提高了掘进工作面的施工效率。
图2 液压钻机系统布置示意图
2.3 设备参数
EBZ200T 型掘探一体机可以适应在断面9～21 m2的巷道、最大可行走坡度16°，可经济切割单向抗压强度≤80 MPa 的煤岩。EBZ200T 型掘探一体机的设备参数如下：
1）掘进机技术参数：机长×机宽×机高=11.03 m×2.81 m×2.1 m，切割卧底深度为250 mm，总质量为55.5 t，总功率为250 kW，定位可掘最大宽度和高度为5.7 m×4.1 m，供电电压为1 140 V。
2）钻机技术参数：钻孔深度≤70 m，钻杆长度为1 500 mm，钻头直径为60 mm，钻杆直径42 mm，钻进方式为湿式回转给进，额定转矩3 200 N·m，额定转速50～175 r/min，主轴倾角0～90°，给进/ 起拔力102/70 kN，给进行程850 mm，电动机功率为45 kW。
3.1 工程概况
梗阳煤业6202 工作面运输顺槽上覆采空区，平均层间距为12.6 m。6202 工作面辅运巷布置在6 号煤层二采区，设计总长度876m，标高+1305～+1347m，巷道断面为矩形，掘宽5.4 m、掘高3.4 m，掘进断面18.36 m2。巷道为半煤岩巷，煤层厚度为1.2～2.5 m，平均厚度1.9 m；
采用锚、网、索联合支护技术。6202工作面运输顺槽受上覆采空区大量积水影响，必须进行探放水施工作业，保障开采安全。
3.2 钻探设计
根据EBZ200T 型掘探一体机机载探水钻机适用条件，对探放水设计进行优化，探眼调整为偏中眼。本煤层设计钻孔1 个，帮部钻孔2 个，顶板钻孔2 个，探水钻孔设计参数如表1 所示，钻探设计如图3 所示。
表1 探水钻孔设计参数
图3 钻探设计示意图
3.3 工艺流程分析
将液压系统切换至掘进液压系统回路，司机开机→由巷道中下部进刀，由浅入深，左右摆动，达到设计截割深度，按路线截割→断面完成截割后，升前探梁，掘进机闭锁→支护作业→下一循环，掘进作业时，液压钻机处于闭锁状态，不影响截割部的正常作业。
3.4 应用效果
2021 年5—7 月，EBZ200T 型掘探一体机在该煤矿6202 工作面运输顺槽中进行了工业性试验，从现场应用情况来看，EBZ200T 型掘探一体机工作正常，能够实现掘探连续作业，单次探水时间大幅度降低，巷道掘进单进水平明显提高。主要表现为：施工安全性大幅度增加，物探钻机实现机械自移，提高了安全系统；
机械自动化程度大幅度提高，降低了工作人员的劳动强度；
减员增效效果显著，仅需要防治水人员1 名；
月进尺提高了78 m，为企业创造了较好的安全经济效益。