掘進(jìn)新裝備在千米深井中的應(yīng)用

賀樂(lè)意

摘 要：當(dāng)前我國(guó)煤礦安全高效礦井建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入新的發(fā)展階段，隨著采掘機(jī)械化程度的提高，綜采技術(shù)裝備的發(fā)展趨向大型化，且施工可靠性也得到了進(jìn)一步提升。但有千米深井的地下開采工作所面臨的煤層賦存條件復(fù)雜，且煤層厚度不一，為了保證煤礦生產(chǎn)，我們必須重視掘進(jìn)和回采工作?；诖?，本文首先分析了掘進(jìn)裝備的具體應(yīng)用情況，隨后就其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了深入探究，以供參考。

關(guān)鍵詞：巖巷；掘進(jìn)裝備；發(fā)展方向

我國(guó)礦井開采條件復(fù)雜，煤炭生產(chǎn)主要以地下開采為主，露天礦井較少，煤層厚度在幾米到幾十米之間。隨著采煤技術(shù)的發(fā)展，采煤能力有了極大提高，效率大大改善，現(xiàn)在已出現(xiàn)了年產(chǎn)數(shù)千萬(wàn)噸的超大工作面，這一背景下，回采巷道消耗極大，因此巷道掘進(jìn)成為髙效集約化生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。高效機(jī)械化掘進(jìn)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效的必備條件，采掘技術(shù)和裝備水平對(duì)煤礦高效安全生產(chǎn)具有很重要的影響，也是巷道機(jī)械化掘進(jìn)技術(shù)發(fā)展的重心，本文就新型掘進(jìn)裝備的應(yīng)用和發(fā)展方向展開論述。

一、巖巷施工技術(shù)及掘進(jìn)裝備的具體應(yīng)用

我國(guó)煤礦的巖巷施工方法按照破巖方式分為兩種，主要有鉆爆法和綜合機(jī)械化掘進(jìn)法，配套的有不同機(jī)械化程度的裝載、運(yùn)輸和支護(hù)方式，形成了多種巖巷掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)線，主要形式有以下幾種。

（一）單體鑿巖機(jī)及配套裝運(yùn)機(jī)械化作業(yè)線

采用鉆爆法掘進(jìn)。用單體氣腿式鑿巖機(jī)或單體液壓式鑿巖機(jī)實(shí)施打眼，裝運(yùn)采用兩種配套方式：

1.以耙斗機(jī)（或鏟斗）為裝載機(jī)及輕型調(diào)車設(shè)備的配套巖巷機(jī)械化作業(yè)線

該作業(yè)線采用裝巖用耙斗機(jī)；調(diào)車用輕型調(diào)車設(shè)備，如調(diào)車盤，浮放道岔、翻框式調(diào)車器或壓氣調(diào)車器等；運(yùn)輸用 1 t 礦車及蓄電池機(jī)車。此作業(yè)線是我國(guó)20 世紀(jì) 80 年代的常用裝備，15 m2斷面面積的巖巷月平均進(jìn)尺 60 m。由于調(diào)車出巖的間歇性，掘進(jìn)效率低、裝巖工作不能連續(xù)作業(yè)，作業(yè)線的生產(chǎn)效率低。

2.以側(cè)卸式或蟹爪式裝巖機(jī)及帶式轉(zhuǎn)載機(jī)配套的作業(yè)線

該作業(yè)線為裝巖用重型側(cè)卸式裝巖機(jī)與蟹爪式或側(cè)卸式裝巖機(jī)轉(zhuǎn)載，調(diào)車運(yùn)輸用絞車及電機(jī)車運(yùn)輸。以上作業(yè)線在我國(guó)煤礦巖巷掘進(jìn)中應(yīng)用較多，雖具有靈活性、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，但該作業(yè)存在人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)安全系數(shù)低、裝巖及輔助運(yùn)輸系統(tǒng)復(fù)雜、輔助工作量大等諸多問(wèn)題，目前僅有 30% 以上的礦井在使用。

（二）以全液壓鉆車配套的裝運(yùn)機(jī)械化作業(yè)線

全液壓鉆車的推廣應(yīng)用，已成為我國(guó)大型礦井實(shí)現(xiàn)巖巷快速推進(jìn)的主要作業(yè)線。以履帶式全液壓鉆車配套履帶式側(cè)卸裝巖機(jī)為代表的配套設(shè)備機(jī)械化作業(yè)線。

（三）全巖巷掘進(jìn)機(jī)

當(dāng)前，用于全斷面巖巷的掘進(jìn)機(jī)主要有兩種：第一種是全斷面掘進(jìn)機(jī)（TBM），廣泛應(yīng)用于隧道施工工程，采用全斷面實(shí)施一次或兩次成巷的作業(yè)方式；另一種是重型懸臂式掘進(jìn)機(jī)，主要適用于煤礦井下硬巖巷道的施工，在一些發(fā)達(dá)的采煤國(guó)家，該技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟。在我國(guó)一些礦區(qū)使用引進(jìn)的國(guó)外全斷面巖巷掘進(jìn)機(jī)也取得了較好的效果，機(jī)組穩(wěn)定性能好，故障率低，使用操作方便，但也存在著濕式除塵效果不好等問(wèn)題。近幾年，我國(guó)在引進(jìn)國(guó)外全巖巷掘進(jìn)機(jī)的基礎(chǔ)上，也在實(shí)施巖巷掘進(jìn)機(jī)的國(guó)產(chǎn)化研制，如截割功率達(dá)到200 k W 以上的懸臂式掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)取得成功。

二、掘進(jìn)裝備發(fā)展方向

與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相比，很多方面我國(guó)設(shè)備仍存在一定的差距，其中差距主要表現(xiàn)在掘進(jìn)機(jī)的破巖能力、適應(yīng)性和可靠性等方面。煤礦使用的大功率連續(xù)采煤機(jī)的主要技術(shù)幾乎都由外國(guó)廠商提供，主要技術(shù)被國(guó)外長(zhǎng)期壟斷。美國(guó)是世界上連續(xù)采煤機(jī)使用最廣泛的國(guó)家之一，目前使用數(shù)量達(dá)兩千多臺(tái)。JOY是連續(xù)采煤機(jī)的主要生產(chǎn)商和供應(yīng)商，其技術(shù)水平處于世界領(lǐng)先地位，而我國(guó)技術(shù)起步較晚，部分領(lǐng)域處于空白狀態(tài)，連續(xù)采煤機(jī)的核心部件仍處于試驗(yàn)研究階段，核心技術(shù)主要由外國(guó)制造商提供，因此在核心技術(shù)上仍需攻關(guān)。

近年來(lái)雖然我國(guó)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展較為迅速，但其在適應(yīng)性、破巖能力及可靠性方面同國(guó)際先進(jìn)水平相比還有不小差距，尤其在大功率重型掘進(jìn)機(jī)方面表現(xiàn)最為突出。除總體性能參數(shù)偏低外，與國(guó)際先進(jìn)設(shè)備相比，大功率掘進(jìn)機(jī)在基礎(chǔ)研究方面也比較薄弱，未建立適合我國(guó)地質(zhì)條件的裝運(yùn)、截割和行走部載荷譜。同時(shí)計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)仿真也較為落后，在元部件自動(dòng)控制技術(shù)、可靠性、除塵系統(tǒng)、截割技術(shù)等核心技術(shù)方面存在不小的差距。筆者認(rèn)為，掘進(jìn)裝備的發(fā)展可從以下幾方面著手：

（一）完善掘錨聯(lián)合機(jī)組

掘錨聯(lián)合機(jī)組是集切割、裝載、行走、錨桿支護(hù)、機(jī)載除塵等功能于一體的綜合掘進(jìn)裝備，通過(guò)掘進(jìn)支護(hù)平衡及掘進(jìn)支護(hù)平行作業(yè)，實(shí)現(xiàn)煤巷掘錨機(jī)組快速掘進(jìn)作業(yè)線。具有先進(jìn)的遙控操作系統(tǒng)和高效的除塵裝置，可解決掘進(jìn)機(jī)開機(jī)率低的問(wèn)題。

（二）不斷創(chuàng)新截割方式

現(xiàn)有掘進(jìn)裝備正向積木式結(jié)構(gòu)、多元化方向發(fā)展，以滿足不同用戶對(duì)掘進(jìn)裝備的需求。在掘進(jìn)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式中，在相同功率時(shí)截割方式有橫軸式、縱軸式，為了適應(yīng)不同巖石硬度截割頭有大小之分，截割機(jī)構(gòu)有可伸縮式、不可伸縮式，為了適應(yīng)不同的后配套運(yùn)輸形式中間輸送機(jī)有固定式、可調(diào)（卸載高度、水平擺角）式。目前我國(guó)部分煤巷掘進(jìn)裝備單進(jìn)水平已接近甚至達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，但由于煤礦地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，需根據(jù)地質(zhì)條件認(rèn)真對(duì)掘進(jìn)機(jī)組進(jìn)行分析研究，同時(shí)密切關(guān)注新技術(shù)新裝備的應(yīng)用，將機(jī)械工業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)等發(fā)展成果與煤巷掘進(jìn)緊密結(jié)合，選擇適宜的掘進(jìn)機(jī)組，創(chuàng)新截割方式，推動(dòng)煤巷掘進(jìn)裝備的發(fā)展，為提高煤礦單進(jìn)水平提供技術(shù)支撐

（三）噴霧降塵設(shè)備隨機(jī)化

目前，掘進(jìn)機(jī)大多設(shè)有內(nèi)、外噴霧裝置，但對(duì)呼吸性粉塵降塵效果差，噴嘴堵塞嚴(yán)重。因此，對(duì)現(xiàn)有機(jī)型設(shè)置機(jī)載降塵設(shè)備，強(qiáng)化外噴霧的使用效果，將會(huì)使掘進(jìn)機(jī)在工作時(shí)的粉塵濃度大幅降低。

（四）配套機(jī)載錨桿技術(shù)

支護(hù)作業(yè)與掘進(jìn)作業(yè)不同步，是導(dǎo)致機(jī)掘效率低的關(guān)鍵問(wèn)題。錨桿支護(hù)技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、工效高、巷道斷面利用率大、材料消耗低、支護(hù)速度快、支護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，機(jī)載錨桿技術(shù)還有功率大、鉆孔能力強(qiáng)、功能齊全、適用范圍廣、可自帶動(dòng)力、操作安全等優(yōu)點(diǎn)。因此解決機(jī)載錨桿技術(shù)難題，可以從根本上解決掘進(jìn)、支護(hù)不同步的問(wèn)題。

（五）智能化發(fā)展

配置激光導(dǎo)向系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)斷面控制系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)、故障監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的記憶截割、斷面成型控制和掘進(jìn)機(jī)關(guān)鍵零部件故障的早期預(yù)警，以降低對(duì)操作人員的技術(shù)要求，減少巷道開挖量，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)能力。通過(guò)吸收國(guó)內(nèi)外成熟先進(jìn)的自動(dòng)化和信息化技術(shù)，采用自主開發(fā)和集成創(chuàng)新方式，對(duì)巷道地質(zhì)條件、掘進(jìn)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)、掘進(jìn)機(jī)定位導(dǎo)向等全過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化作業(yè)的目標(biāo)。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，煤炭開采，掘進(jìn)先行。當(dāng)前我國(guó)煤礦開采強(qiáng)度與范圍持續(xù)加大，掘進(jìn)技術(shù)日益完善，掘進(jìn)設(shè)備不斷更新，巷道的適應(yīng)范圍也隨之?dāng)U大。為了實(shí)現(xiàn)巷道的掘進(jìn)、支護(hù)、運(yùn)輸平行作業(yè)，我們要進(jìn)一步增強(qiáng)裝備研發(fā)能力，優(yōu)化掘進(jìn)工藝，全面提高煤炭資源的開采效率，從而推動(dòng)我國(guó)煤礦產(chǎn)業(yè)更好、更快地發(fā)展。

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