煤礦掘進機的機械化發(fā)展與展望

同煤集團煤峪口礦 山西大同 037041

我國地大物博,物產(chǎn)豐富,蘊藏著豐富的煤炭資源。但是另一方面,我國煤炭資源賦存的條件非常復(fù)雜。隨著科技的進步,研究煤礦巷道掘進機的新技術(shù)、新裝備極具迫切性和重要性,分析煤礦巷道掘進機的機械化發(fā)展,研究煤礦巷道掘進機的技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略同樣迫在眉睫。

1 煤礦掘進機機械化發(fā)展的重要性

掘進作業(yè)以煤礦的開采為需求,需要依據(jù)煤礦地質(zhì)條件、煤層斷面情況、巷道作業(yè)操作情況等穩(wěn)定開展。在礦井開采的整個過程中,巷道掘進所占比例非常高,涉及支護、破碎、裝載、運輸?shù)纫幌盗羞^程。就目前我國煤炭形勢而言,雖然成績顯著,但是在機械化方面所顯現(xiàn)的問題也非常突出,形勢嚴峻,體現(xiàn)出我國煤礦開采技術(shù)與機械化程度的滯后。在今后的發(fā)展中,若煤礦掘進機的機械化程度不高,煤礦開采、掘進則會受到制約。煤礦掘進機的機械化程度還會直接影響工程質(zhì)量、工期及生產(chǎn)人員的安全,可見,發(fā)展煤礦掘進機的機械化極其重要。

2 我國煤礦掘進機發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 爆破掘進

爆破掘進作業(yè)時,嚴格依據(jù)作業(yè)規(guī)程,根據(jù)斷面大小、支護類型、地質(zhì)情況,以及人員和設(shè)備情況來規(guī)劃施工,強化管理與控制,保證支護的穩(wěn)定性和人員的安全性,避免發(fā)生冒頂事故和頂板事故[1]。

爆破掘進作業(yè)技術(shù)主要包括三種,具體為鉆爆法、光面爆破法、光爆和深孔爆破法。其中,光面爆破法是建立在破碎巖石基礎(chǔ)上的一種掘進技術(shù)。光爆和深孔爆破法是一種新技術(shù),能縮短工期,同時又能兼顧施工循環(huán),提高煤礦開采的效率和質(zhì)量。這一新技術(shù)的應(yīng)用,對煤礦掘進事業(yè)的發(fā)展起到了積極的促進作用。

2.2 掘進機掘進

煤礦綜合化掘進是近年來發(fā)展起來的一種高效掘進技術(shù)。掘進機在水平煤巷施工時,要根據(jù)作業(yè)規(guī)程中不同的破巖方式做好相應(yīng)的頂板管理工作,保證煤層瓦斯不泄漏,并在掘進時使用雷管全面爆破。在特殊地質(zhì)條件下,選擇人工方式操作[2]。掘進機機械施工過程中,應(yīng)把握好空間尺寸,避免出現(xiàn)空頂作業(yè)的情況,以及冒頂事故。如今,掘進機機械化在煤礦掘進、開采作業(yè)中成為不可缺少的一個環(huán)節(jié)。

我國煤礦掘進機機械化技術(shù)起步較晚,20世紀70年代,我國才引進了第一臺懸臂式掘進機。懸臂式掘進機功率小,應(yīng)用水平低,經(jīng)常出現(xiàn)問題,后來經(jīng)過我國科研人員的改進,應(yīng)用水平才明顯提高。直至21世紀,為滿足需求,我國自主研發(fā)了一款中型懸臂式掘進機——EBJ-DOTP型掘進機[3]。

對于半巖巷道掘進與全巖巷道掘進,主要應(yīng)用巖巷懸臂式掘進機,具體常用型號包括EBZ318、EBZ1607Y、EBZ200H、EBZ220TY等。

我國常用懸臂式掘進機主要性能參數(shù)見表1。

表1 我國常用懸臂式掘進機主要性能參數(shù)

2.3 連續(xù)采煤機掘進

連續(xù)采煤機掘進對煤層條件的要求相對較高,在多巷道掘進環(huán)境下掘進,具有速度快、效率高、產(chǎn)量高等特點[4],可使掘進作業(yè)與支護作業(yè)同時并行進行。但是,連續(xù)采煤機大部分設(shè)備的核心技術(shù)被外商所掌握,并且自動化操作指標不是很成熟,經(jīng)常出現(xiàn)問題。

2.4 掘錨一體化掘進設(shè)備

掘錨一體化掘進設(shè)備是在懸臂式掘進機與連續(xù)采煤機的基礎(chǔ)上研制的新型采煤掘進支護設(shè)備[5]。掘錨一體化掘進設(shè)備中的ABM20掘錨機,在截煤的同時能安裝錨桿,可實現(xiàn)平行作業(yè)[6]。當然,此類產(chǎn)品仍在試驗階段,技術(shù)尚不成熟。

3 煤礦掘進機現(xiàn)存問題

(1) 穩(wěn)定性和適應(yīng)性差。在復(fù)雜的煤礦巷道中,煤礦掘進機有時無法正常工作,而且工作中極易發(fā)生脫滑、斷齒、燒電機等事故。在煤峪口礦410盤區(qū)21010巷道掘進作業(yè)時,掘進機遇到大而堅硬的白沙巖,進行直接切割時,由于切割深度過大,引發(fā)機組橫向振動與滑動,導(dǎo)致切割齒牙被嚴重破壞,甚至斷齒。在煤峪口礦410盤區(qū)51010巷道掘進時,切割電機發(fā)生堵轉(zhuǎn),造成短時高溫,電機燒毀。此外,還發(fā)生過由于熱敏電阻觸點不能及時閉合而使電控系統(tǒng)癱瘓的事故。

(2) 無法自動注油。油是煤礦掘進機不可缺少的潤滑劑、冷卻劑。掘進機在作業(yè)時,由于部件之間的相互摩擦及工作機發(fā)熱引起油揮發(fā)等原因,使掘進機中的油液不斷消耗[7]。當前,國內(nèi)很多煤礦掘進機無法自動注油。人工注油工作煩瑣,且煤礦井下環(huán)境差。在煤峪口礦410盤區(qū)21010巷道掘進作業(yè)時,人工注油過程中將煤塵混入油中注入機器,引發(fā)油管堵塞。

(3) 除塵效果差。掘進機工作時,大量煤粉懸浮空中,嚴重影響工人視線。若工作人員吸入粉塵,更會對身體造成極大傷害。同時,大量煤粉積聚易引發(fā)爆炸,后果將極其嚴重。煤峪口礦410盤區(qū)在作業(yè)時,掘進機配備高壓高射程霧化噴射器,同時設(shè)置防塵網(wǎng)罩對煤塵捕捉,但是效果并不理想。

(4) 運輸鏈帶容易松動。煤礦掘進機工作時受沖擊載荷影響,經(jīng)常引發(fā)運輸鏈帶松動,發(fā)生跳鏈、斷鏈等事故。煤峪口礦410盤區(qū)21010巷道在掘進過程中,掘進機在750 m處由于運輸鏈帶松動而引發(fā)運輸鏈卡鏈故障。

(5) 工作效率低。當前,絕大多數(shù)煤礦掘進機的前部裝載機構(gòu)、中部運輸機構(gòu)及整體驅(qū)動機構(gòu)都采用液壓馬達,以液壓傳動為主。液壓系統(tǒng)本身有局限性,工作效率低。

現(xiàn)階段煤礦掘進機的泵站系統(tǒng)、割煤系統(tǒng)都采用普通三相異步電動機,其缺點是功率因數(shù)低、運行效率低、發(fā)熱量和損耗大?？刹捎糜来烹妱訖C代替三相異步電動機。永磁電動機機械結(jié)構(gòu)簡單,能耗小,具有高轉(zhuǎn)矩、高效率、節(jié)能等優(yōu)點,綜合性能指標優(yōu)勢明顯,具有良好的經(jīng)濟效益。

4 煤礦掘進機機械化展望

4.1 機械化改進

(1) 努力提高煤礦掘進機的適應(yīng)性,通過發(fā)展特殊環(huán)境作業(yè)部分斷面掘進機,使掘進機有更廣的適應(yīng)范圍與更強的適應(yīng)能力。同時,降低掘進機的質(zhì)心,設(shè)計增寬履帶結(jié)構(gòu)[8]。履帶是煤礦掘進機與地面接觸的重要部分,提高履帶的適應(yīng)性,設(shè)計不同結(jié)構(gòu)的履帶板,能更好地滿足作業(yè)需求。此外,需要提高掘進機切割部分的切割能力。

(2) 應(yīng)用設(shè)計良好的降塵技術(shù),用于保證作業(yè)環(huán)境安全,以及工作人員的健康[9]。

(3) 研發(fā)可靠性高且壽命長的新型煤礦掘進機,實現(xiàn)掘進機自截控制,提高我國的煤礦機電一體化水平,加快井下作業(yè)智能機械無人化作業(yè)的進程[10-11]。

4.2 機械化發(fā)展路線

(1) 重視煤礦掘進機的引進,選擇最合適的機械設(shè)備,提高效率,促進發(fā)展。

(2) 積極鼓勵研發(fā)人員研發(fā)新型煤礦掘進機,以生產(chǎn)為保證,提高對理論與實踐的研究,生產(chǎn)出性能較高的工程機械設(shè)備,提高自動化水平。

(3) 運用整理、整頓、清掃、清潔、素養(yǎng)、安全6S科學(xué)管理方式,建立完善的管理制度,來保證煤礦掘進機的正常運行。

(4) 積極加強國際合作、學(xué)術(shù)交流,不斷提高技術(shù)人員的技術(shù)水平和專業(yè)知識。不斷加大對煤礦巷道掘進技術(shù)的研究投入,提高科學(xué)技術(shù)意識,鼓勵專業(yè)技術(shù)人員不斷探索。

5 結(jié)束語

隨著科技的進步,研究煤礦掘進機的新技術(shù)、新設(shè)備及機械化發(fā)展極具迫切性和重要性,巷道掘進設(shè)備機械化水平直接影響工程質(zhì)量、工期及人員安全。筆者論述了煤礦掘進機機械化發(fā)展的重要性,對煤礦掘進機的機械化發(fā)展進行了展望,以供技術(shù)人員參考。