煤礦巷道掘進(jìn)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

張文玉

[摘要]在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，巷道掘進(jìn)是非常重要的環(huán)節(jié)。所以，在煤礦生產(chǎn)中，巷道掘進(jìn)技術(shù)占據(jù)著重要的地位。本文通過(guò)分析掘進(jìn)設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)和目前掘進(jìn)技術(shù)的現(xiàn)狀，對(duì)如何使礦井的掘進(jìn)技術(shù)水平提升，并如何加強(qiáng)技術(shù)人員的專業(yè)素養(yǎng)進(jìn)行了探討。

[關(guān)鍵詞]掘進(jìn)技術(shù)；礦山巷道；現(xiàn)狀；發(fā)展

我國(guó)煤炭開(kāi)采以井工為主，煤礦巷道掘進(jìn)與支護(hù)工程量浩大。2001年原國(guó)有重點(diǎn)煤礦掘進(jìn)總進(jìn)尺高達(dá)5045km，其中煤巷約4480km，占88.8%；全國(guó)256個(gè)綜采工作面年耗回采巷道820km，其中綜掘總進(jìn)尺達(dá)650km。綜掘仍是高產(chǎn)高效礦井回采巷道掘進(jìn)的主要技術(shù)方法。我國(guó)已研制開(kāi)發(fā)和引進(jìn)使用了近20種懸臂式掘進(jìn)機(jī)

近年來(lái)，我國(guó)成功地開(kāi)發(fā)和推廣使用了煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)， 使巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)、煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)、施工機(jī)具、支護(hù)材料均得到快速發(fā)展。隨著綜采生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，百萬(wàn)噸綜采工作面屢見(jiàn)不鮮，并已出現(xiàn)年產(chǎn)1000萬(wàn)t以上的全自動(dòng)化綜采工作面，使年耗回采巷道量大幅增加，從而使煤巷掘進(jìn)與支護(hù)正在成為煤礦高效安全集約化生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸，是當(dāng)前煤炭工業(yè)亟需研究開(kāi)發(fā)的重大共性關(guān)鍵性技術(shù)。

一、巷道掘進(jìn)技術(shù)

1.煤巷綜合機(jī)械化掘進(jìn)

煤巷綜合機(jī)械化掘進(jìn)由懸臂式掘進(jìn)機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、可伸縮帶式輸送機(jī)（或刮板輸送機(jī)）、單體錨桿鉆機(jī)、通風(fēng)除塵設(shè)備及供電系統(tǒng)等設(shè)備組成。懸臂式掘進(jìn)機(jī)是煤巷綜合機(jī)械化掘進(jìn)的關(guān)鍵設(shè)備，掘進(jìn)機(jī)的性能對(duì)于提高掘進(jìn)工效和掘進(jìn)進(jìn)尺具有重要作用。懸臂式掘進(jìn)機(jī)在我國(guó)重點(diǎn)煤礦已普遍使用，發(fā)揮了重要作用。但由于是單巷掘進(jìn)，且采用單體錨桿進(jìn)行錨桿支護(hù)，掘進(jìn)和支護(hù)不能平行作業(yè)，影響了掘進(jìn)速度的進(jìn)一步提高。

2.大斷面煤巷連續(xù)采煤機(jī)高效掘進(jìn)

連續(xù)采煤機(jī)是一種具有較大截割寬度的集落煤、裝運(yùn)及行走為一體的綜合機(jī)械化掘采設(shè)備，在國(guó)外廣泛應(yīng)用于矩形斷面的雙巷或多巷快速掘進(jìn)，以及短壁開(kāi)采，已成為現(xiàn)代高產(chǎn)高效礦井的重要設(shè)備。我國(guó)引進(jìn)連續(xù)采煤機(jī)始于1979年，迄今為止大體經(jīng)歷了單機(jī)和成套設(shè)備引進(jìn)兩個(gè)階段。目前我國(guó)神東公司、晉城煤業(yè)、萬(wàn)利公司、晉神公司、魯能集團(tuán)、伊東公司伊泰公司等礦區(qū)使用連續(xù)采煤機(jī)近60余臺(tái)，用于大斷面煤巷的掘進(jìn)和短壁開(kāi)采。

二、錨桿支護(hù)

巷道支護(hù)技術(shù)的作用在于改善圍巖穩(wěn)定狀況和控制圍巖運(yùn)動(dòng)的發(fā)展速度、以維護(hù)安全的工作空間。圍巖是承受地壓的主要結(jié)構(gòu)、設(shè)置人工支護(hù)只是為了改善和提高圍巖自身支持能力。安全、合理、有效的巷道支護(hù)是保證礦井實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的必要條件。而煤巷支護(hù)的特點(diǎn)是：支護(hù)服務(wù)年限較短；因圍巖較松軟，并且受采動(dòng)影響，地壓較大，因此要求支護(hù)具有較好的可縮性；要求原材料比較便宜，施工和維修比較容易。我國(guó)錨桿支護(hù)技術(shù)已形成了成套技術(shù)，包含：巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測(cè)試技術(shù)；錨桿支護(hù)動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)；高強(qiáng)度錨桿支護(hù)資料、樹(shù)脂錨固劑、M型鋼帶及其軋制技術(shù)、特種錨桿與錨索支護(hù)技術(shù)；錨桿支護(hù)施工機(jī)具；錨桿支護(hù)監(jiān)測(cè)儀器與技術(shù)。

支架的形式

巷道支護(hù)的支架形式有：木支架、金屬支架、錨桿支護(hù)、錨噴支護(hù)和料石混凝土砌碹等。

1、錨桿支護(hù)作用原理

1.1懸吊作用。懸吊理論認(rèn)為：錨桿支護(hù)的作用是將巷道頂板較軟弱的巖層懸吊在上部堅(jiān)硬穩(wěn)定巖層上。這樣就能控制和減弱巖層的下沉和離層、保持頂板的穩(wěn)定。

1.2組合梁理論。組合梁理論認(rèn)為：當(dāng)頂板巖層中存在沒(méi)有穩(wěn)固巖層的若干薄層狀時(shí)、通過(guò)錨桿的支護(hù)作用將這些巖層鎖緊成一個(gè)較厚的巖層、由疊合梁變成組合梁、顯著提高了巖梁的抗彎曲能力并減小撓度。

1.3壓縮（組合）拱作用。壓縮（組合）拱理論認(rèn)為：在松軟圍巖中、各個(gè)錨桿形成的壓應(yīng)力圓錐體交錯(cuò)重疊、形成一個(gè)連續(xù)的均勻壓縮（組合）拱。這個(gè)壓縮（組合）拱可承受其外部破碎巖石施加的徑向載荷。

三、懸臂式掘進(jìn)機(jī)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

（一）懸臂式掘進(jìn)機(jī)現(xiàn)狀

目前，我國(guó)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的總體水平已接近國(guó)外同類機(jī)型，但與國(guó)外相比仍有不少的差距。今后我國(guó)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)的目標(biāo)是研制高可靠性的重型掘進(jìn)機(jī)和研制具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的連續(xù)采煤機(jī)及掘錨機(jī)組。

經(jīng)過(guò)20多年的努力，目前我國(guó)已經(jīng)具有一定水平研究開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)制造掘進(jìn)機(jī)的能力。已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了20多種型號(hào)的掘進(jìn)機(jī)機(jī)型，截割功率在30～200kw之間，并已初步形成系列產(chǎn)品，基本滿足了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，結(jié)束了我國(guó)煤礦掘進(jìn)機(jī)一直依靠進(jìn)口的局面。目前我國(guó)掘進(jìn)機(jī)的主要代表機(jī)型是AM50、S100、ELMB-75型掘進(jìn)機(jī)，其中AM50和S100型掘進(jìn)機(jī)約占到國(guó)產(chǎn)機(jī)型的80%左右。

“八五”期間，我國(guó)又相繼開(kāi)發(fā)出了3種重型掘進(jìn)機(jī)，它們是EBJ-160、EBJ-160H和EBJ-132型掘進(jìn)機(jī)，其中由煤炭科學(xué)研究總院太原分院開(kāi)發(fā)的EBJ-160型掘進(jìn)機(jī)獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，達(dá)到了20世紀(jì)90年代初國(guó)際先進(jìn)水平。它的研制成功，標(biāo)志著我國(guó)掘進(jìn)機(jī)研究制造水平和綜掘機(jī)械化水平均邁上了新臺(tái)階。

（二）掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

1）適用范圍不斷擴(kuò)大。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，掘進(jìn)機(jī)的適用范圍在不斷擴(kuò)大，除繼續(xù)致力于完善截割煤的功效外，同時(shí)還努力提高有效截割巖石硬度的能力；掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)斷面也在逐步擴(kuò)大，最大達(dá)到30～40m2；適應(yīng)坡度達(dá)到16～18O。為了提高掘進(jìn)機(jī)的適用范圍和通用性，機(jī)器高度降到了1.5m左右，從而也提高了機(jī)器的截割穩(wěn)定性；隨著截割巖石硬度的提高，掘進(jìn)機(jī)向大截割功率、重型、超重型方向發(fā)展，與此相適應(yīng)的耐磨、低耗、高強(qiáng)度截齒的性能也逐步提高。據(jù)資料介紹，有的重型掘進(jìn)機(jī)重達(dá)80～100t，截割功率達(dá)350kw，截齒的硬質(zhì)合金最大直徑達(dá)30mm，有效截割巖石的抗壓強(qiáng)度達(dá)到100Mpa以上。

2）工作可靠性不斷提高。機(jī)器的可靠性是其進(jìn)行高效作業(yè)的根本保證。因此，掘進(jìn)機(jī)各部分的結(jié)構(gòu)型式、傳動(dòng)方式、使用材質(zhì)等都要建立在實(shí)踐驗(yàn)證的基礎(chǔ)上?，F(xiàn)有機(jī)型的截割機(jī)構(gòu)一直沿用電動(dòng)機(jī)——減速器的傳動(dòng)方式，元件的選型遵循著擇優(yōu)的原則，機(jī)器加工多在專業(yè)廠家加工制造。齒輪傳動(dòng)箱按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行例行試驗(yàn)。液壓元件的工作壓力，考慮到煤礦作業(yè)的特殊性，實(shí)行降壓使用，工作壓力僅為元件額定壓力的一半以下，多控制在14～20Mpa。電控元件要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選，控制系統(tǒng)廣泛采用了PLC技術(shù)，電控設(shè)備隔爆、本質(zhì)安全性能及型式檢驗(yàn)手段不斷完善，確保使用的安全性。

3）開(kāi)發(fā)煤巷快速掘進(jìn)設(shè)備。在許多國(guó)家，高效掘進(jìn)中多配套錨桿支護(hù)技術(shù)，從而簡(jiǎn)化支護(hù)工作，提高掘進(jìn)速度，降低支護(hù)成本。在煤巷掘進(jìn)中試驗(yàn)應(yīng)用截割、支護(hù)平行作業(yè)方式，采掘錨聯(lián)合機(jī)組已在澳大利亞、英國(guó)等國(guó)家使用，實(shí)際應(yīng)用效果較好。

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