我國(guó)煤礦巷道掘進(jìn)技術(shù)和裝備的現(xiàn)狀與發(fā)展

曹宜峰　龍厚喜　李偉

摘要：煤礦開(kāi)采過(guò)程中的工藝水平、掘進(jìn)技術(shù)和裝備，直接關(guān)系著煤炭生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、生產(chǎn)能力和安全問(wèn)題。為此，大型機(jī)械化掘進(jìn)技術(shù)已經(jīng)成為煤礦企業(yè)生產(chǎn)和安全礦井建設(shè)過(guò)程中重要的技術(shù)保障。文章主要針對(duì)我國(guó)煤礦巷道掘進(jìn)技術(shù)和裝備的現(xiàn)狀與發(fā)展進(jìn)行探討和研究。

關(guān)鍵詞：煤礦巷道；掘進(jìn)技術(shù)；煤礦開(kāi)采；煤機(jī)裝備

中圖分類(lèi)號(hào)：TD263 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）12-0008-02

1 概述

目前，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)煤炭的需求不斷增長(zhǎng)。煤炭產(chǎn)量近幾年持續(xù)創(chuàng)下歷史新高，2012年我國(guó)煤炭的開(kāi)采量達(dá)到了36.6億噸的歷史新記錄。煤礦開(kāi)采、運(yùn)輸、掘進(jìn)等整體技術(shù)裝備水平廣泛應(yīng)用和提高，極大地提升了我國(guó)煤炭的開(kāi)采能力，為煤炭行業(yè)的高效、高產(chǎn)、潔凈和安全生產(chǎn)提供了有力保障，為確保我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展對(duì)能源的需求打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。今后十年時(shí)間，我國(guó)煤炭機(jī)械裝備業(yè)將迎來(lái)發(fā)展的黃金期。這主要是由于煤炭機(jī)械裝備業(yè)市場(chǎng)巨大需求的三方面因素，即對(duì)已有裝備進(jìn)行更新的需求、新開(kāi)采煤礦的生產(chǎn)能力需求以及地方中小型煤礦企業(yè)技術(shù)裝備改進(jìn)的需求。根據(jù)國(guó)家“十二五”經(jīng)濟(jì)發(fā)展綱要，預(yù)計(jì)到2020年我國(guó)煤炭開(kāi)采量將達(dá)到35億噸。煤炭行業(yè)新增加投資超過(guò)2000億元；如果按七成屬于固定投資、煤礦機(jī)械設(shè)備業(yè)投資按其中五成計(jì)算，則新增加的煤礦機(jī)械裝備投資將達(dá)到700億元；同時(shí)技術(shù)更新和改造需要的投資為200億元左右。從這兩個(gè)方面來(lái)看，煤炭機(jī)械裝備業(yè)的市場(chǎng)需求將有900億元。因此，今后幾年，我國(guó)煤炭機(jī)械裝備業(yè)兩者相加，煤機(jī)裝備制造業(yè)的市場(chǎng)份額將在850～900億元之間。總體來(lái)看，今后一個(gè)時(shí)期，我國(guó)煤機(jī)裝備制造業(yè)前景光明。

我國(guó)煤礦開(kāi)采的主要方式是井下作業(yè)，來(lái)自井下的原煤產(chǎn)量達(dá)到煤炭總產(chǎn)量的九成以上，由此可見(jiàn)提高煤礦井下開(kāi)采效率對(duì)提升煤炭產(chǎn)量意義重大。在我國(guó)大型煤礦開(kāi)采中，綜采機(jī)械化水平高于綜掘機(jī)械化水平，煤礦井下采掘技術(shù)的不平衡發(fā)展限制了煤炭行業(yè)的快速發(fā)展。綜采技術(shù)的快速發(fā)展嚴(yán)重增加了回采巷道的消耗。因此，提升巷道掘進(jìn)技術(shù)刻不容緩，而推動(dòng)機(jī)械化高效掘進(jìn)技術(shù)快速發(fā)展成為巷道掘進(jìn)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2 我國(guó)煤礦巷道掘進(jìn)技術(shù)和裝備的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)煤礦巷道主要掘進(jìn)技術(shù)有以下三種：

2.1 煤礦巷道綜合機(jī)械化掘進(jìn)技術(shù)和裝備

煤礦巷道綜合機(jī)械化掘進(jìn)主要由轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板輸送機(jī)、懸臂式掘進(jìn)機(jī)、單體錨桿鉆機(jī)、供電系統(tǒng)以及通風(fēng)除塵裝備等一系列設(shè)備組成。我國(guó)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的應(yīng)用始于20世紀(jì)60年代，經(jīng)過(guò)了引進(jìn)、吸收消化以及自主研發(fā)三個(gè)階段。在20世紀(jì)80年代初從國(guó)外引進(jìn)了S-100型和AM50型兩種類(lèi)型的掘進(jìn)機(jī)，通過(guò)對(duì)這兩種機(jī)型的應(yīng)用和改進(jìn)，極大地提高了我國(guó)煤礦巷道綜掘機(jī)械化技術(shù)發(fā)展的進(jìn)程。目前，我國(guó)每年生產(chǎn)的掘進(jìn)機(jī)能夠達(dá)到1000多臺(tái)，有20多種機(jī)型，所有機(jī)型已經(jīng)能夠極大地滿足我國(guó)煤礦生產(chǎn)的需求。為了進(jìn)一步滿足我國(guó)煤炭開(kāi)采的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)研究人員開(kāi)發(fā)出了擁有國(guó)際領(lǐng)先水平的EBJ-120TP型巷道掘進(jìn)機(jī)，其先進(jìn)的性能可以取代國(guó)外的機(jī)型，目前已有500臺(tái)該機(jī)型投入實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中。這種新型的煤礦巷道掘進(jìn)機(jī)，整體結(jié)構(gòu)合理緊湊；小巧的機(jī)身有效降低了整個(gè)裝備的重心，從而提升了其穩(wěn)定性；并且該機(jī)型破巖能力很強(qiáng)，適應(yīng)于各種巷道；液壓式馬達(dá)的強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)大大提高了整體裝備的性能，優(yōu)化了機(jī)身的結(jié)構(gòu)；履帶走向機(jī)構(gòu)性能優(yōu)良；帶有故障診斷和工礦檢測(cè)功能。該機(jī)型的先進(jìn)性能在整個(gè)煤炭開(kāi)采過(guò)程中得到了很好的發(fā)揮，很大程度上提高了煤礦巷道掘進(jìn)開(kāi)采的效率。

2.2 大斷面煤礦巷道連續(xù)采煤機(jī)高效掘進(jìn)技術(shù)和裝備

連續(xù)采煤機(jī)作為一種高效的綜合機(jī)械化掘進(jìn)開(kāi)采設(shè)備，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)大斷面落煤、運(yùn)送作業(yè)，適用于井下矩形斷面的短壁和雙巷或多巷開(kāi)采，是一種有效提高煤炭開(kāi)采能力的先進(jìn)設(shè)備。國(guó)內(nèi)該種機(jī)型經(jīng)歷了從最開(kāi)始引進(jìn)單機(jī)，到最后引進(jìn)成套連續(xù)的采煤機(jī)。然而，目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有生產(chǎn)這種設(shè)備的企業(yè)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)主要有魯能集團(tuán)、萬(wàn)利公司和晉神公司等幾家大型煤炭企業(yè)用著該型連續(xù)采煤機(jī)。神東礦區(qū)在這方面是使用較好的，創(chuàng)下了單日掘進(jìn)70m以上的新高紀(jì)錄，居于國(guó)內(nèi)首位。從這些煤礦企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)情況來(lái)看，連續(xù)采煤機(jī)主要用于長(zhǎng)壁工作面順槽雙巷和三巷掘進(jìn)，能夠?qū)崿F(xiàn)高效快速掘進(jìn)，而且比懸臂式掘進(jìn)機(jī)開(kāi)采作業(yè)節(jié)約成本。這種機(jī)械裝備的主要缺陷有：對(duì)煤層自然條件要求較高，不能單巷掘進(jìn)。研究人員針對(duì)該機(jī)型的不足之處正在摸索研究和改進(jìn)。

2.3 掘錨設(shè)備一體化掘進(jìn)技術(shù)和裝備

長(zhǎng)期以來(lái)，開(kāi)發(fā)掘錨聯(lián)合裝備，實(shí)現(xiàn)“掘錨一體化”作業(yè)，是煤炭行業(yè)公認(rèn)的增加錨桿支護(hù)和煤礦巷道掘進(jìn)速度的重要手段。通過(guò)長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)和研究以及借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，在這方面我國(guó)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。目前，掘錨機(jī)組設(shè)備主要有兩類(lèi)：一類(lèi)是以連續(xù)采煤機(jī)為形式的掘錨機(jī)組；另一類(lèi)是懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)載錨桿機(jī)形式的掘錨機(jī)。掘錨機(jī)的原理是將巷道掘進(jìn)與巷道支護(hù)有效地結(jié)合起來(lái)，以便實(shí)現(xiàn)同一臺(tái)機(jī)組設(shè)備來(lái)完成巷道掘進(jìn)與巷道支護(hù)工作，從而大大提高巷道掘進(jìn)和巷道支護(hù)設(shè)備換位作業(yè)的效率。掘錨一體化裝備機(jī)組是國(guó)內(nèi)自主創(chuàng)新項(xiàng)目，是當(dāng)前國(guó)際一流的煤礦巷道掘進(jìn)開(kāi)采科研成果。它與以往礦井巷道掘進(jìn)開(kāi)采過(guò)程中扒裝、運(yùn)輸、錨網(wǎng)支護(hù)、截割等傳統(tǒng)的作業(yè)手段不同，而是采取截割落煤和錨網(wǎng)支護(hù)同時(shí)作業(yè)的新方法，優(yōu)化了開(kāi)采流程，提高了開(kāi)采效率，具有速度快、自動(dòng)化程度高、工效高、人工強(qiáng)度低和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在大斷面煤礦巷道的掘進(jìn)開(kāi)采中特別實(shí)用。

3 煤礦巷道掘進(jìn)技術(shù)和裝備的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 大力發(fā)展掘錨一體化技術(shù)

目前，世界上很多煤炭生產(chǎn)國(guó)家，在煤炭的開(kāi)采過(guò)程中都采用了掘錨一體化技術(shù)，它與錨桿鉆車(chē)循環(huán)換位作業(yè)和連續(xù)采煤機(jī)相比，具有快速掘進(jìn)、有效支護(hù)、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。錨桿鉆機(jī)和連續(xù)采煤機(jī)的有效結(jié)合確定了這種機(jī)組良好的作業(yè)性能，20世紀(jì)末，國(guó)外研究人員首先創(chuàng)立了掘錨機(jī)組，后經(jīng)各個(gè)國(guó)家研究人員的長(zhǎng)期摸索研究和改進(jìn)，大大提高了其性能，出現(xiàn)了單日掘進(jìn)創(chuàng)歷史的新紀(jì)錄。掘錨一體化掘進(jìn)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于能夠有效提升錨桿支護(hù)的效果，改善井下采掘作業(yè)環(huán)境，掘進(jìn)速度可以提高一半以上，煤礦巷道掘錨一體化的提高是煤礦巷道掘進(jìn)速度發(fā)展的必然趨向，對(duì)于提高礦井開(kāi)采效率以及產(chǎn)量有著十分重要的意義，因此其成為我國(guó)努力推廣和發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。在國(guó)內(nèi)研究過(guò)程中，要結(jié)合我國(guó)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的特征以及我國(guó)煤炭開(kāi)采的特點(diǎn)來(lái)研發(fā)開(kāi)采新工藝。同時(shí)，掘進(jìn)機(jī)機(jī)載錨桿鉆機(jī)、掘錨機(jī)組等相關(guān)配套裝備也要同步研發(fā)。

3.2 大力推廣大斷面多巷道掘進(jìn)連續(xù)采煤機(jī)

連續(xù)采煤機(jī)多巷道掘進(jìn)技術(shù)是國(guó)內(nèi)外比較成熟的一項(xiàng)技術(shù)，國(guó)內(nèi)在作業(yè)面順槽操作中也取得了很好的成績(jī)，而且刷新了國(guó)內(nèi)多項(xiàng)最高進(jìn)尺記錄，是一項(xiàng)急需廣泛推廣的重要技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)連續(xù)采煤機(jī)以每年15臺(tái)的速度遞增，從開(kāi)采情況來(lái)看，仍需大力推廣。其采掘合一，是多巷道掘進(jìn)開(kāi)采的首選技術(shù)。對(duì)于掘進(jìn)開(kāi)采深度不大于500米的巷道，如果煤柱特性穩(wěn)定，可以結(jié)合煤礦實(shí)際情況采取房柱式的開(kāi)采模式。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)家對(duì)煤炭的需求量日益增長(zhǎng)。而在國(guó)有大型煤礦企業(yè)中，九成以上的煤炭開(kāi)采都是機(jī)械化作業(yè)，這將給掘進(jìn)技術(shù)和相關(guān)機(jī)械裝備提供一個(gè)發(fā)展和改進(jìn)的平臺(tái)，加強(qiáng)優(yōu)化掘進(jìn)技術(shù)必然成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，煤礦掘進(jìn)技術(shù)也將迎來(lái)更加廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 魏勇剛，李變榮.我國(guó)煤礦采掘裝備技術(shù)水平與發(fā)展趨勢(shì)[J].煤炭工程，2011，（4）：108.

[2] 樊雷.我國(guó)礦井巷道掘進(jìn)技術(shù)和裝備的現(xiàn)狀與發(fā)展

[J].理論研究，2013，（2）：83.

[3] 韓榮仕.煤礦巷道掘進(jìn)技術(shù)研究[J].工程技術(shù)，2012，（6）：136.

[4] 尹鵬飛，尹交英，金寶圣.淺論煤礦機(jī)械化掘進(jìn)技術(shù)研究[J].科技探索，2012，（8）：295.

作者簡(jiǎn)介：曹宜峰（1979—），男，山東滕州人，滕州市煤炭工業(yè)局助理工程師，研究方向：煤礦新技術(shù)對(duì)安全的貢獻(xiàn)。

（責(zé)任編輯：周 瓊）