煤礦巷道快速掘進(jìn)技術(shù)及快速掘進(jìn)裝備發(fā)展現(xiàn)狀研究

劉亞志，毛文勤，張帆，陳偉

（陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)橫山魏墻煤業(yè)有限公司，陜西 榆林 719100）

現(xiàn)階段，我國(guó)的煤炭開采技術(shù)主要以井工開采為主，隨著我國(guó)煤礦開采裝備科技程度的發(fā)展，煤礦開采的效率與質(zhì)量也在大幅度提升。但我國(guó)煤巷掘進(jìn)技術(shù)水平相對(duì)較低，且煤礦巷道的快速掘進(jìn)設(shè)備相對(duì)滯后，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)煤炭企業(yè)存在煤礦采掘比例適失調(diào)，掘進(jìn)速度較低的情況，導(dǎo)致礦井開采的時(shí)間周期大大增加，礦井開采的經(jīng)濟(jì)成本增高。因此，完善煤巷快速掘進(jìn)技術(shù)與裝備已成為目前國(guó)內(nèi)重要的研究課題。

1 煤巷快速掘進(jìn)技術(shù)現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)井工煤礦企業(yè)的快速掘進(jìn)技術(shù)主要分為三種工藝。

（1）懸臂式掘進(jìn)機(jī)與單體錨桿鉆機(jī)配套作業(yè)線。目前，我國(guó)煤礦普遍采用該掘進(jìn)工藝，適用于單巷掘進(jìn)，適應(yīng)范圍廣。

（2）連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車配套作業(yè)線。該掘進(jìn)工藝主要應(yīng)用在矩形斷面煤巷的雙巷或是多巷，也廣泛應(yīng)用在邊角煤開采以煤柱回收中，是現(xiàn)階段礦井高效產(chǎn)出的主要掘進(jìn)設(shè)備。該掘進(jìn)工藝在神東礦區(qū)中得到了廣泛引用，同時(shí)還取得了最高月進(jìn)尺3273 米的成績(jī)。該掘進(jìn)工藝應(yīng)用在單巷掘進(jìn)中，能夠有效提升煤礦挖掘的支護(hù)效率。具體掘進(jìn)工藝如圖1 所示。

（3）掘錨機(jī)組一體化。傳統(tǒng)性質(zhì)下的作業(yè)線給掘進(jìn)工藝帶來(lái)了極大的不便，因此實(shí)現(xiàn)掘錨機(jī)組一體化能夠有效實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)、裝運(yùn)以及錨桿支護(hù)的平行作業(yè)，由于掘錨機(jī)組一體化能夠使用一臺(tái)設(shè)備實(shí)現(xiàn)采煤系列環(huán)節(jié)，因此，在國(guó)外的煤礦開采環(huán)節(jié)中得到了大規(guī)模的應(yīng)用，掘錨機(jī)組施工如圖2 所示。

圖1 連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車配套作業(yè)線路圖

圖2 掘錨一體機(jī)作業(yè)配套線路圖

2 存在的問題

（1）懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)械化掘進(jìn)作業(yè)線存在的問題。懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)械化掘進(jìn)作業(yè)線并不是真正意義上的綜合機(jī)械化掘進(jìn)技術(shù)，由于其掘進(jìn)科學(xué)系統(tǒng)水平不高，而且機(jī)械化能力較低，導(dǎo)致懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)械化掘進(jìn)作業(yè)線在實(shí)際的掘進(jìn)工序中，僅僅實(shí)現(xiàn)了截割以及運(yùn)煤的掘進(jìn)作業(yè)，許多掘進(jìn)工序仍舊需要人工進(jìn)行作業(yè)，由于這些工序分散，需要大量的準(zhǔn)備時(shí)間。同時(shí)，掘、錨工序在掘進(jìn)迎頭有限空間交替作業(yè)，也嚴(yán)重影響了施工效率和作業(yè)的安全性。

（2）連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車配套作業(yè)線存在的問題。連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車配套作業(yè)線主要是通過連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車來(lái)完成掘進(jìn)工序作業(yè)的，因此，當(dāng)連續(xù)采煤機(jī)完成一定長(zhǎng)度的作業(yè)之后，必須調(diào)動(dòng)至另一個(gè)巷道進(jìn)行作業(yè)，只有這樣，錨桿鉆車才能進(jìn)入連續(xù)采煤機(jī)作業(yè)的巷道進(jìn)行錨桿支護(hù)作業(yè)，而這樣的作業(yè)方式給煤礦采煤技術(shù)帶來(lái)一系列的作業(yè)問題，具體問題如下。

第一，連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車在進(jìn)行交叉作業(yè)時(shí)要同時(shí)挖掘兩條以上的巷道，因此，連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車配套作業(yè)線只能應(yīng)用在雙巷以及多巷的采煤工序作業(yè)中。

第二，連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車在進(jìn)行交叉作業(yè)時(shí)，由于轉(zhuǎn)移采煤機(jī)的工作需要用到大量的調(diào)動(dòng)時(shí)間，這大大影響到了連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車的掘進(jìn)工作效率。

第三，為了保證連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車配套作業(yè)線開機(jī)率的經(jīng)濟(jì)合理性，就要保證連續(xù)采煤機(jī)的截深以及巷道頂板的穩(wěn)定性。由于連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車配套作業(yè)線在掘進(jìn)過程中需要多次調(diào)動(dòng)掘進(jìn)設(shè)備，因此，需要保證巷道底板的穩(wěn)定安全性，也因此限制了采煤機(jī)與錨桿鉆車配套作業(yè)線的應(yīng)用范圍。

第四，連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車配套作業(yè)線的掘進(jìn)工序復(fù)雜，系統(tǒng)操作煩瑣，導(dǎo)致對(duì)于設(shè)備的投資力度加大。

第五，連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車配套作業(yè)線由于其工藝系統(tǒng)較為反瑣，因此，需要保證作業(yè)線操作員工的專業(yè)程度和熟練程度達(dá)到作業(yè)線操作的標(biāo)準(zhǔn)，而作業(yè)線操作標(biāo)準(zhǔn)較為嚴(yán)格導(dǎo)致連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車配套作業(yè)線范圍受到制約。

（3）掘錨機(jī)組一體化存在的問題。從掘錨機(jī)組一體化的實(shí)際應(yīng)用過程來(lái)看，掘錨機(jī)組一體化在實(shí)際應(yīng)用過程中并未取得較好的應(yīng)用效果，掘錨機(jī)組一體化在地質(zhì)條件較好的地區(qū)能夠達(dá)到應(yīng)用效果，但在許多礦井區(qū)域的施工中仍舊無(wú)法取得令人滿意的施工建站。而導(dǎo)致這種問題產(chǎn)生的原因是由于掘錨機(jī)組一體化仍舊無(wú)法完全解決掘錨機(jī)組一體化的完全平行作業(yè)問題，而掘錨機(jī)組一體化以及外界因素干擾的問題也沒有得到有效解決。由于掘錨機(jī)組一體化只適用于煤巷掘進(jìn)，導(dǎo)致其后期的維護(hù)成本較高，掘錨機(jī)組一體化的設(shè)備體積龐大，不僅導(dǎo)致掘進(jìn)工作面中的安全通道面積縮減，而且在遇到底板不穩(wěn)固的區(qū)域時(shí)，極易陷入其中，工作人員需要耗費(fèi)大量的時(shí)間將其挖掘出。同時(shí)，掘錨機(jī)組一體化設(shè)備的調(diào)試安裝周期較長(zhǎng)，設(shè)備體積較大，操作人員進(jìn)行支護(hù)作業(yè)時(shí)，操作人員的站位受到較大的阻礙，威脅到操作人員的安全。

3 發(fā)展趨勢(shì)

3.1 系統(tǒng)集成發(fā)展趨勢(shì)

（1）掘錨機(jī)的快速掘進(jìn)系統(tǒng)。掘錨機(jī)的快速掘進(jìn)系統(tǒng)主要應(yīng)用在地質(zhì)條件較為穩(wěn)定的礦井工作區(qū)域，掘錨機(jī)主要是由履帶式破碎轉(zhuǎn)載機(jī)、可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)以及除塵系統(tǒng)構(gòu)成。掘錨機(jī)的快速掘進(jìn)系統(tǒng)具體操作流程為，在掘錨機(jī)割煤操作流程達(dá)成后由履帶式破碎轉(zhuǎn)載機(jī)將礦料送至可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)，經(jīng)由可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)送至礦料的裝載機(jī)。掘錨機(jī)的快速掘進(jìn)系統(tǒng)現(xiàn)階段已經(jīng)應(yīng)用在神東公司的煤礦開采中，在神東礦區(qū)取得了最高月進(jìn)尺3273m 的驕人成績(jī)。

（2）懸臂式掘進(jìn)機(jī)的快速掘進(jìn)系統(tǒng)。懸臂式掘進(jìn)機(jī)的快速掘進(jìn)系統(tǒng)能夠應(yīng)用在多種惡劣地質(zhì)條件下的巷道挖掘作業(yè)中，借助作業(yè)優(yōu)勢(shì)幫助其掘進(jìn)斷面不會(huì)受到地質(zhì)條件的影響。懸臂式掘進(jìn)機(jī)的快速掘進(jìn)系統(tǒng)主要由運(yùn)錨機(jī)、帶式轉(zhuǎn)載機(jī)以及配套帶式轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)成。懸臂式掘進(jìn)機(jī)的快速掘進(jìn)系統(tǒng)的工作流程為懸臂式掘進(jìn)機(jī)割煤操作流程達(dá)成后由運(yùn)錨機(jī)將礦料運(yùn)至帶式轉(zhuǎn)載機(jī)，經(jīng)由帶式轉(zhuǎn)載機(jī)后將其運(yùn)至配套帶式轉(zhuǎn)載機(jī)。

（3）懸臂式掘進(jìn)機(jī)與超前支護(hù)快速掘進(jìn)相結(jié)合。懸臂式掘進(jìn)機(jī)與超前支護(hù)快速掘進(jìn)相結(jié)合的系統(tǒng)適用于多種地質(zhì)條件，能夠在矩形巷道進(jìn)行掘進(jìn)，也能在拱形斷面巷道進(jìn)行掘進(jìn)。該組合系統(tǒng)主要由于超前臨時(shí)支護(hù)支架、掘進(jìn)機(jī)裝運(yùn)系統(tǒng)、運(yùn)錨機(jī)、帶式轉(zhuǎn)載機(jī)、自移機(jī)尾組成。其具體工作流程為在懸臂式掘進(jìn)機(jī)割煤操作流程達(dá)成后由掘進(jìn)機(jī)裝運(yùn)系統(tǒng)將礦料運(yùn)至運(yùn)錨機(jī)，經(jīng)由運(yùn)錨機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)到帶式轉(zhuǎn)載機(jī)，經(jīng)過帶式轉(zhuǎn)載機(jī)將礦料運(yùn)送至自移機(jī)尾。

3.2 智能化發(fā)展趨勢(shì)

煤礦裝備技術(shù)的向智能化發(fā)展是裝備技術(shù)的必然發(fā)展趨勢(shì)，由于傳統(tǒng)煤礦裝備技術(shù)的工作效率不高，操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，導(dǎo)致煤礦生產(chǎn)的安全不能得到保證，世界各國(guó)現(xiàn)階段都在加強(qiáng)研究煤礦裝備技術(shù)的智能化發(fā)展，其中傳感器技術(shù)、故障診斷技術(shù)以及通訊技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在掘進(jìn)機(jī)設(shè)備上，讓掘進(jìn)機(jī)不僅具有傳統(tǒng)的職能，還增添了地質(zhì)條件識(shí)別功能、遠(yuǎn)程通訊功能以及故障自動(dòng)診斷的功能。我國(guó)自“十一五”之后，許多高校以及研究單位都在研究掘進(jìn)裝備智能化，雖然我國(guó)現(xiàn)階段掘進(jìn)設(shè)備裝備智能化研究仍舊處于起步發(fā)展階段，但這也意味著我國(guó)掘進(jìn)設(shè)備裝備智能化研究發(fā)展的潛力巨大。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于煤礦巷道快速掘進(jìn)技術(shù)及快速掘進(jìn)裝備的發(fā)展研究能夠促進(jìn)采煤技術(shù)水平的提升，促進(jìn)采煤裝備科技水平的發(fā)展，由于煤礦采掘過程中仍舊存在著采掘關(guān)系失衡等系列問題，因此，需要提升煤礦采掘設(shè)備的性能，通過實(shí)現(xiàn)煤礦采掘設(shè)備的智能化發(fā)展以及綜合快速挖掘工藝，才能實(shí)現(xiàn)煤礦集約高產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展趨勢(shì)。