煤礦巷道掘進裝備關鍵技術現狀和展望

王蔣偉

華晉焦煤有限責任公司沙曲二礦 山西呂梁 033300

就目前來看，我國煤礦綜合開采裝備日漸成熟，礦井配套設施不斷完善。由于煤礦井下巷道掘進工作量日漸增長，開采與掘金失衡問題更加嚴峻。為使煤礦行業(yè)更好實現可持續(xù)發(fā)展目標，需認清當前煤礦巷道掘進裝備在應用期間存在的各類問題，不斷優(yōu)化巷道掘進裝備內部結構與關鍵技術，從根本上提升掘進裝備的運行性能，延長掘進裝備使用壽命。

1 煤礦巷道掘進裝備現狀分析

現階段煤礦巷道掘進裝備種類較多，可應用在不同作業(yè)環(huán)境中，實際應用效果更加突出。在煤礦井下煤以及半煤巖層的機械化掘進過程中得到了廣泛應用。我國煤礦巷道掘進裝置多為中型裝置、重型裝置，截割功率在120kw 以上，整機質量為35 噸的裝備掘進機占使用總量的80%。

在全巖巷道掘進過程中，主要采用重型與超重型懸臂式掘進機，掘進效果更為顯著[1]。將其應用在煤礦掘進過程中，掘進效率高、切割速度慢，能夠極大程度降低粉塵產出量，不需要輔助其他移動設施。在當前煤礦巷道掘進裝備中，還應用了全自動潤滑系統，使設備故障問題發(fā)生幾率不斷下降。

與國外巷道掘進裝備相比，國產大功率重型掘進裝置綜合性能較高，但截割性能參數較低，需將研發(fā)重點放置在高性能切割刀具基礎上。同時，在巷道掘進裝置研發(fā)過程中，裝運及行走載荷沒有得到嚴格計算，缺乏完整的設計理論，除塵系統的運行效果依然有待加強。

2 煤礦巷道掘進裝置問題

2.1 掘錨平行作業(yè)問題

在煤礦巷道掘進系統中，主要包括掘進裝備、配套運輸裝備、巷道支護、供電系統等，不同裝備之間相互配合，形成連續(xù)均勻的運行系統。當前巷道掘錨中主要采用前掘后錨、交替作業(yè)的方式，尚未實現掘錨平行作業(yè)目標，連續(xù)作業(yè)性能較差，需要轉變傳統采掘工藝，不斷完掘錨設備，實現一體化巷道掘進目標。

2.2 硬巖截割技術問題

在煤礦巷道掘進過程中，硬巖截割技術一直以來都是懸臂式掘進機發(fā)展面臨的重大難題[2]?，F階段我國掘進裝置單向抗壓強度不超過120MPa，掘進刀具不夠優(yōu)化，在截割時，通常使用截齒尖接觸巖體破碎煤巖抗壓強度，形成粉末壓實核。受到巷道圍巖特征、空間尺寸、設備配套設施不完善等因素影響，巷道掘進的硬巖截割效果不佳，技術改進有限。

3 煤礦巷道掘進裝備關鍵技術

3.1 掘錨一體化技術

現階段煤礦巷道掘錨一體化技術的應用優(yōu)勢更加突出，掘進速度快、支護效果較好，可適用于不同地區(qū)的煤礦焊道作業(yè)。經過實際統計計算，將掘錨一體化技術應用在巷道掘進過程中，成巷技術比傳統技術提速70%。我國有關部門正積極投入研發(fā)掘錨一體化工作中，相應的截錨一體化裝備已經在大型煤礦中投入使用。

3.2 掘進裝備適用空間

在煤礦巷道掘進裝備應用過程中，掘進裝備的硬性截齒與斷面截割性能可直接影響到裝備使用空間，需要研究人員加大截割裝置的創(chuàng)新研發(fā)力度，從根本上保障決定質量效率。

3.3 懸臂式掘進裝備液壓錨桿鉆機

現階段常用于國內煤礦巷道掘進中的設備主要為配套單體錨桿鉆機，實施掘后即錨的順序，存在作業(yè)流程長、掘進效率低等問題[3]。因此為從根本上提升我國煤礦掘進水平，需要使用更加先進的懸臂式掘進裝備液壓錨桿鉆機，保障掘進設備運行期間的可控性，增強決定效果。

3.4 單巷連續(xù)快速掘進設備

主要就是在煤礦巷道掘進裝備基礎上，使用超前支護手段，制定出單巷快速掘進配套方案。將液壓錨桿鉆臂系統布置在超前支護系統下方，在掘進機上增設接料、物料轉載、錨固功能與一體的運錨機，形成一個連續(xù)快速的掘進系統。在掘進裝置完成一個掘進循環(huán)后，超前支護系統也向前行走一個循環(huán)，保持一定的支撐力，使頂板支護工作安全高效開展。

單巷連續(xù)快速掘進技術主要就是在巷道掘錨作業(yè)過程中，錨桿與錨索作業(yè)形成一個掘進循環(huán)，應用機載鉆臂系統打設部分頂錨桿，而后進入下一掘進循環(huán)。該技術使得煤礦巷道掘進效果的適用性更強，切實提升了掘進開機率，使工人勞動強度大幅度減輕，井下作業(yè)環(huán)境得到改善。

4 煤礦巷道掘進裝備發(fā)展趨勢

煤礦焊道掘進裝備發(fā)展任務應放置在探索新的截割技術上，通過加大新型截割技術研發(fā)力度，從根本上擴大截割應用覆蓋面。

使用掘支錨運一體化作業(yè)形式，確保掘進裝備的功能不斷完善。當前巷道掘進裝備主要由液壓錨桿鉆機系統、機載超前支護系統、機載除塵系統組成，借助多功能掘進裝備與配套設施，將裝備內系統進行集成統一化管理，可快速提升單機成巷裝備運行速率，巷道掘進效果。

注重建立起煤礦行道掘進裝備整機實驗室、截割刀具實驗室等，對截割技術進行深入的基礎理論研究[4]。用科學手段增強煤礦巷道掘進裝備對硬巖截割的適應性，控制截割刀具磨損程度。

大力研發(fā)煤礦巷道快速掘進成套技術與裝備，依照掘進作業(yè)循環(huán)特征，探索出掘進、支護、錨固于一體的施工工藝，更好實現綜合掘進作業(yè)系統集成化研發(fā)目標。注重開發(fā)掘進裝備監(jiān)測與智能控制系統，對掘進裝備運行狀態(tài)進行全程監(jiān)控。及時發(fā)現與處理裝備運行過程中存在的故障問題，延長煤礦巷道掘進裝備使用壽命，保障煤礦掘工作的綜合效益。

5 結語

總而言之，為有效應對煤礦開采期間存在的各類問題，切實提升煤礦生產質量與效率，需加強煤礦巷道掘進裝備的優(yōu)化與改造力度，積極引進先進科技技術，增強煤礦巷道掘進作業(yè)機械化水平，從根本上保障巷道掘進作業(yè)效果。