淮南煤礦巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)現(xiàn)狀與展望

曹祺，徐魁

（1.淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院,安徽 淮南 232001；2.淮南礦業(yè)集團(tuán)設(shè)備租賃分公司，安徽 淮南 232098）

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淮南煤礦巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)現(xiàn)狀與展望

曹祺1，徐魁2

（1.淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院,安徽 淮南 232001；2.淮南礦業(yè)集團(tuán)設(shè)備租賃分公司，安徽 淮南 232098）

介紹淮南煤礦巖巷掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，對淮南煤礦裝備的掘進(jìn)設(shè)備的主要性能和使用情況做了詳細(xì)的分析，提出相應(yīng)的快速掘進(jìn)配套作業(yè)線；針對淮南煤礦巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)現(xiàn)狀與存在的問題，指出快速掘進(jìn)作業(yè)線應(yīng)向個(gè)性化訂制、多功能復(fù)合化、自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。

淮南煤礦；巖巷；快速掘進(jìn)；現(xiàn)狀與趨勢

引言

近年來，我國煤礦巖巷掘進(jìn)技術(shù)取得長足的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1999年我國煤礦巷道綜掘程度為12.61%①陳同寶，錢沛云，陶崢：《我國懸臂式巷道掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展》，《煤礦機(jī)電》2000年第5期，第58-62頁。，到2013年，根據(jù)調(diào)研的國內(nèi)167家煤礦，3565個(gè)巷道工作面，使用掘進(jìn)機(jī)的工作面為1333個(gè)，綜掘程度升至37.39%②李恩龍，溫保崗：《我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展趨勢》，《煤礦機(jī)械》2013年第5期，第5-7頁。。但還是看出，國內(nèi)煤礦巖巷掘進(jìn)機(jī)械化程度不高，存在“重采輕掘”現(xiàn)象，造成礦井采掘比例失調(diào)，接替銜接緊張。就淮南煤礦而言，“煤與瓦斯共采技術(shù)”的應(yīng)用，需要在開采層頂部處于采動(dòng)形成的裂隙帶內(nèi)挖掘?qū)Ｓ玫某橥咚瓜锏溃ǜ叱橄铮?，涉及大量巖巷的掘進(jìn)，加大了采掘矛盾。因此，需要通過科學(xué)的組織管理，采用新技術(shù)、新材料、新裝備、新工藝，加快掘進(jìn)速度，確保采掘的正常進(jìn)行。

一、淮南煤礦巖巷掘進(jìn)技術(shù)現(xiàn)狀

淮南煤礦巖巷掘進(jìn)施工藝經(jīng)多年的發(fā)展，形成4種快速安全掘進(jìn)的配套作業(yè)線，其中以氣腿式鑿巖機(jī)和全液壓鉆車為主的鉆爆法作業(yè)線占主導(dǎo)地位，以懸臂掘進(jìn)機(jī)為主的綜掘法作業(yè)線為發(fā)展方向和趨勢，以全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）作業(yè)線為煤礦快速巖巷掘進(jìn)技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)和突破點(diǎn)。

（一）作業(yè)線一：氣腿式鑿巖機(jī)+耙斗式/鏟斗側(cè)卸式裝載機(jī)+帶式輸送機(jī)/礦車

淮南煤礦巖巷掘進(jìn)最常用的作業(yè)線仍是以耙斗式裝載機(jī)為主，該作業(yè)線應(yīng)用面廣，遍及各種不同規(guī)格的掘進(jìn)面。由于耙斗裝載機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，使用靈活，可根據(jù)巷道斷面的大小選用并配以多臺(tái)氣腿式鑿巖機(jī)，形成多種能力的掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)線。目前，淮南煤礦鉆眼施工多采用7655型鉆機(jī)，部分巷道使用YT-28和YT-29A鑿巖機(jī)，耙矸機(jī)主要采用P-60B，該作業(yè)線整體效率較低，掘進(jìn)速度一般為60-70m/月。

（二）作業(yè)線二：全液壓鉆車+鏟斗側(cè)卸式/挖掘式裝載機(jī)+帶式輸送機(jī)/礦車

以CMJ17和CMJ2-17型履帶式全液壓鉆車配以ZCD-60R型履帶側(cè)卸式裝載機(jī)為代表的作業(yè)線二，在巖巷掘進(jìn)中取得較好成績。與作業(yè)線一相比，液壓鉆車比氣腿式鑿機(jī)能量利用率高，對巖性變化的適應(yīng)性更好，鉆速提高50%～100%；鏟斗側(cè)卸式比耙斗式裝載機(jī)更機(jī)動(dòng)靈活，實(shí)現(xiàn)了全斷面裝載，裝矸干凈，同時(shí)還可以充當(dāng)支護(hù)的輔助工作平臺(tái)，掘進(jìn)速度一般為100m/月左右。2012年10月，淮南礦業(yè)分公司新莊孜項(xiàng)目部302隊(duì)在新莊孜礦-812m的62313底板巷工程施工中，完成月進(jìn)尺125米，創(chuàng)造了淮南礦區(qū)液壓鉆車巖巷大斷面施工月進(jìn)尺新紀(jì)錄。同時(shí)，引進(jìn)ZWY-150/55L挖掘式裝載機(jī)，很好地解決了硬巖巷道（巖石硬度70MPa130MPa）快速掘進(jìn)成套裝備系統(tǒng)①王彥海：《煤礦硬巖巷道快速掘進(jìn)成套裝備研究》，《煤礦機(jī)械》2014年第5期，第156-158頁。。不足的是，該作業(yè)線受作業(yè)空間限制，滿足側(cè)裝機(jī)與液壓鉆車的錯(cuò)車條件、以及與皮帶機(jī)的卸載條件是決定其是否實(shí)用的關(guān)鍵。

（三）作業(yè)線三：懸臂式掘進(jìn)機(jī)+二次轉(zhuǎn)載機(jī)/臨時(shí)矸石倉+帶式輸送機(jī)/礦車

該作業(yè)線又稱為綜掘法，完整的綜掘作業(yè)線，由掘進(jìn)機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和運(yùn)輸設(shè)備完成落、裝、轉(zhuǎn)、運(yùn)作業(yè)，還需要配置輔助運(yùn)輸設(shè)備，以便運(yùn)輸支護(hù)材料和其他器材。

圖1懸臂式掘進(jìn)機(jī)作業(yè)布置

我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)研制主要經(jīng)歷了引進(jìn)、仿制和自主研制三個(gè)階段。經(jīng)過近40年的發(fā)展，淮南煤礦掘進(jìn)機(jī)的使用和加工制造水平已比較先進(jìn)?！捌呶濉逼陂g淮南煤機(jī)廠引進(jìn)奧地利阿爾卑尼公司的輕型掘進(jìn)機(jī)Anll-50，形成批量生產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)的能力，“八五”、“九五”期間，開始重型掘進(jìn)機(jī)的研制工作,“十五”期間進(jìn)入快速發(fā)展階段②邢印成，王鳳林，郭濱：《掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展》，《煤炭技術(shù)》2005年第5期，第5-6頁。，目前，淮南凱盛重工（原淮南煤機(jī)廠）的中型、重型掘進(jìn)機(jī)發(fā)展日趨成熟，已經(jīng)形成EBZ、EBH系列型號產(chǎn)品，其中EBZ255型掘進(jìn)機(jī)于2010年獲國家新產(chǎn)品稱號，最新研制的EBZ355H型掘進(jìn)機(jī)可截割巖石強(qiáng)度為100MPa，不移位截割面積達(dá)40m2,基本滿足淮南煤礦巖巷掘進(jìn)的要求。同時(shí)，淮南煤礦還大力引進(jìn)佳木斯煤機(jī)廠生產(chǎn)的S(EBZ)系列、三一重裝和煤炭科學(xué)研究院太原研究院生產(chǎn)的EBZ系列掘進(jìn)機(jī)，另外06年還引進(jìn)5臺(tái)英國多科斯公司MK3型重型懸壁式掘進(jìn)機(jī)（1臺(tái)現(xiàn)已報(bào)廢），豐富掘進(jìn)機(jī)類型，裝備情況見表1，取得良好的使用效果和寶貴經(jīng)驗(yàn)。2011年3月淮南朱集東礦斷面17m2巖巷掘進(jìn)月進(jìn)尺256m，創(chuàng)造大斷面巖巷綜掘施工紀(jì)錄③楊仁樹：《我國煤礦巖巷安全高效掘進(jìn)技術(shù)現(xiàn)狀與展望》，《煤炭科學(xué)技術(shù)》2013年第9期，第18-23頁。。

表1 2016年9月淮南礦業(yè)集團(tuán)懸臂式巖巷掘進(jìn)機(jī)使用情況一覽表

與國外先進(jìn)的重型掘進(jìn)機(jī)相比，我國重型掘進(jìn)機(jī)在理論基礎(chǔ)、總體參數(shù)、破巖能力、適用性、自動(dòng)化控制技術(shù)、牽引方式和配套技術(shù)方面還存在一定的差距，尤其是大功率重型掘進(jìn)機(jī)方面最為突出④王偉：《智能化超重型巖巷掘進(jìn)機(jī)動(dòng)載荷識(shí)別系統(tǒng)的開發(fā)》，太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2015年。。

（四）作業(yè)線四：全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）+帶式輸送機(jī)

全斷面掘進(jìn)機(jī)破巖是靠旋轉(zhuǎn)刀盤上的盤形滾刀破碎巖石而使巷道一次成型的大型機(jī)械設(shè)備。該機(jī)集開挖、出矸和襯砌于一體，能實(shí)現(xiàn)破巖、裝巖、運(yùn)輸、支護(hù)、噴霧除塵等全部工序，是自動(dòng)化程度最高的地下工程施工設(shè)備。為了推動(dòng)巷道掘進(jìn)機(jī)械化,2012年淮南礦業(yè)集團(tuán)著手組織TBM項(xiàng)目的策劃、研發(fā)、設(shè)計(jì)和制造，2014年11月在張集礦開始安裝，作業(yè)線全長50米，總重量350噸，推力12000KN，2015年3月該作業(yè)線在張集礦1413A高抽巷實(shí)現(xiàn)安全貫通，用時(shí)52天，累計(jì)進(jìn)尺700米，最高小班進(jìn)尺14.5米，最高日進(jìn)尺30.7米，平均日進(jìn)尺13.5米，折合月進(jìn)尺404米，生產(chǎn)效率是目前炮掘的5至10倍，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)巷道掘進(jìn)的本質(zhì)型安全生產(chǎn)。這標(biāo)志著世界首臺(tái)立井煤礦全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）作業(yè)線試驗(yàn)成功，對于我國煤礦井下巖巷掘進(jìn)具有里程碑意義。

目前的四條巖巷掘進(jìn)作業(yè)線，可分兩大類，第Ⅰ類以鉆眼爆破法破巖為主的作業(yè)一和作業(yè)線二，第Ⅱ類以機(jī)械破巖（綜掘）法為主的作業(yè)三和作業(yè)四。這兩類作業(yè)線破巖理念不同，發(fā)展方向和趨勢不同?？傮w來說淮南煤礦掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)改進(jìn)作業(yè)線一和作業(yè)線二，發(fā)展作業(yè)線三，推廣作業(yè)線四。

二、淮南煤礦掘進(jìn)技術(shù)發(fā)展趨勢

近年來淮南煤礦巖巷的平均月進(jìn)尺約以每年1m的速度增長，而巖巷深度以每年25m的速度向下遞增，呈現(xiàn)出“埋深大、斷面大、循環(huán)低、進(jìn)尺低”的特點(diǎn)。究其原因，主要與施工機(jī)械化水平、施工工藝、組織管理水平落后有關(guān)，類似于排矸裝備跟不上，造成出矸滯后，迎頭積矸嚴(yán)重的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。而掘進(jìn)作業(yè)線機(jī)械化是快速掘進(jìn)的根本出路，所以淮南煤礦掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展趨勢主要有以下幾點(diǎn)。

（一）研制適合淮南煤礦地質(zhì)條件的綜掘機(jī)

目前掘進(jìn)機(jī)在設(shè)計(jì)方面更多的是適應(yīng)北方地質(zhì)結(jié)構(gòu)，淮南煤礦具有巖石硬巖大，底板較軟或煤底，水多，巷道斷面多為20m2左右等特點(diǎn)，不適于常規(guī)掘進(jìn)機(jī)。例如，淮南集團(tuán)2006年從國外進(jìn)口引進(jìn)的4臺(tái)MK3就因不適應(yīng)地質(zhì)條件而閑置待報(bào)廢。因此針對淮南煤礦地質(zhì)條件進(jìn)行個(gè)性化掘進(jìn)機(jī)零部件或機(jī)型的定制是一個(gè)重要的發(fā)展方向。

（二）多功能復(fù)合

掘進(jìn)機(jī)不僅具備單一的掘進(jìn)功能，而是通過機(jī)載模式或一體機(jī)將其他功能進(jìn)行復(fù)合。例如機(jī)載錨鉆系統(tǒng)、機(jī)載超前支護(hù)、機(jī)載除塵系統(tǒng)以及掘鉆機(jī)、掘錨一體機(jī)的使用，通過多功能復(fù)合技術(shù)的發(fā)展，提主機(jī)械化作業(yè)線的適應(yīng)性，提高了成巷速度，保證掘進(jìn)安全。2006年淮南集團(tuán)張集礦引進(jìn)奧鋼聯(lián)ABM20型掘錨一體機(jī)，根據(jù)淮南煤礦掘進(jìn)環(huán)境該機(jī)型配裝了4臺(tái)頂板錨桿機(jī)和2臺(tái)側(cè)幫錨桿機(jī)，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)與打錨桿同時(shí)進(jìn)行。

（三）改進(jìn)工作面綜合除塵系統(tǒng)

掘進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的粉塵嚴(yán)重危害著工人的健康，加速機(jī)械的損耗，降低能見度，帶來安全隱患。目前懸臂式掘進(jìn)機(jī)在巷道作業(yè)時(shí)，主要的防塵措施有干式除塵、噴霧灑水、包沫除塵和水空氣噴射器除塵。這種內(nèi)外綜合式除塵效率低，尤其掘進(jìn)過程中，內(nèi)噴霧噴嘴易被堵塞，降塵效果差，僅能達(dá)到60%～70%。國外采用的濕式纖維除塵器、濕式旋流除塵器和吸塵泵，除塵效率可達(dá)90%以上，消音效果好，處理污染風(fēng)量大，但是一般體積大，較笨重，不適合國內(nèi)工作面環(huán)境。所以研制開發(fā)一套適合國內(nèi)掘進(jìn)面條件的除塵系統(tǒng)是一個(gè)重要趨勢。

（四）掘進(jìn)機(jī)的自動(dòng)化和智能無人化

雖然智能掘進(jìn)在淮南礦區(qū)的應(yīng)用還處于起步階段，但隨著機(jī)器人技術(shù)、智能控制理論以及掘進(jìn)機(jī)大數(shù)據(jù)庫和云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)的迅猛發(fā)展，將有效地解決智能控制和遠(yuǎn)程服務(wù)問題，“無人值守，智能掘進(jìn)”將變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

三、結(jié)語

淮南煤礦埋深大，地質(zhì)條件復(fù)雜的特性，對掘進(jìn)工作提出了更嚴(yán)苛的要求。近些年，綜掘的技術(shù)和配套設(shè)施水平有了很大的提高，但還應(yīng)和科研院所進(jìn)行針對性研究，引進(jìn)并吸收國內(nèi)外先進(jìn)設(shè)備，最終實(shí)現(xiàn)符合當(dāng)?shù)靥卣鞯闹悄茏詣?dòng)化掘進(jìn)生產(chǎn)線。

Status and trend of rapid heading technology of rock roadway in Huainan coal mine

CAO Qi,XU Kui

The writer introduces the development of Huainan coal mine rock roadway driving technology.The main performance and usage of the equipment in Huainan coal mine are analyzed,the technical status and features of the mechanized operation lines were introduced.According to the status and problems of the rapid heading technology in Huainan coal mine,development direction of mechanized excavation method is personalized custom,multifunctional and comp l ex,automation and intelligence.

Huainan coal mine;rock roadway;rapid heading;rurrent situation and trend

TD421

A

1009-9530（2017）03-0146-03

2017-01-01

安徽省高等學(xué)校省級自然科學(xué)研究項(xiàng)目“基于雙向聚能爆破快速掘進(jìn)工藝的研究與應(yīng)用”（KJ2017A641）；淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院教科研重點(diǎn)項(xiàng)目“雙向聚能爆破在淮南煤礦巷道掘進(jìn)中應(yīng)用的研究”（HKJ16-1）

曹琦（1981-），男，淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。