新时期煤矿岩巷掘进机械化的发展方向

郭孝先，李耀武

（煤炭科学研究总院，北京 100014）

按“十二五”规划，我国煤炭年产量正向40亿吨发展，年掘进约12 000km巷道，其中岩巷2000多千米，尽管只占巷道总数的20%左右，却大约是非煤巷（隧）道总进尺的3倍。而煤矿岩巷施工难度大、工期长，又是新井建设和煤炭生产接续的“咽喉”工程。

国家“八五”科技攻关结束后，总结多年科技攻关的经验，将“全液压钻车和侧卸式装岩机为主的机械化作业线”、“气腿式凿岩机和耙斗式装岩机为主的机械化作业线”，分别列为煤矿岩巷掘进的“高档”与“普通”机械化作业线。其中，“全液压钻车作业线”，已具有月掘进120m，年掘进1000～1200m岩石巷道的能力，开滦、邢台矿区等连续20余年在生产建设中取得良好的社会经济效益。

由于1995-2000年间煤炭行业出现经济滑坡等原因，现90%以上的岩巷仍采用气腿式凿岩机和耙式装岩机的作业线施工，月平均掘进速度仅有60m左右。进入20世纪，煤炭产量大幅度提高，安全意识强化，针对液压钻车等高档机械化设备使用量迅速增长、新用户使用经验不足、液压凿岩机等配套件出现质量滑坡、转载设备不完善、个别掘进队使用效果不理想等，煤矿岩巷掘进机械化问题重新引起人们的关注，在研究如何发挥全液压钻车-侧卸装岩机作业线能力的同时，有人再次寻求采用悬臂式掘进机、钻装机组（钻装锚机组）、全断面岩石掘进机械化方式的可能。回顾煤矿岩巷掘进机械化的发展历程，总结经验教训，研究国内外煤矿岩巷掘进技术的进展，明确煤矿岩巷掘进机械化的发展方向，有益于扭转煤矿岩巷掘进速度低、安全条件差的落后局面。

1 煤矿岩巷掘进机械化作业方式的探讨与实践

我国煤炭行业一直重视岩巷掘进机械化，1963年总结了“岩巷掘进十六项经验”，并于1973年进行了修改，其中包括一次成巷、气腿式凿岩机钻凿炮孔、耙斗式装岩机装岩、锚喷支护等，奠定了以气腿式凿岩机与耙斗装岩机为主的普通掘进作业线的基础[1]。

1960～1980年间，煤炭行业不断进行岩巷快速掘进以及施工装备的试验研究，研制了电动凿岩机、底卸式铲斗装岩机、侧卸式装岩机、蟹爪式装岩机、耙斗式装岩机、混凝土喷射机、液压锚杆钻车 （锚杆打孔安装机）、皮带转载机、梭式列车等，并试制了掘进钻车、钻装机、全断面岩石掘进机等。

上世纪70年代末，煤炭行业引进了适用于煤矿的液压凿岩机、全液压钻车，并多方案地对岩巷掘进机械化作业方式以及关键设备进行研制、攻关，还引进了钻装机、悬臂式“岩石”掘进机等，其中，钻装机的数量多达22台套。到1995年，经过对“气腿式凿岩机-耙斗装岩机”、“全液压钻车-侧卸式装岩机”、“钻装机组 （钻装锚机组）”、“电动凿岩机-耙斗装岩机”、“支腿式液压凿岩机-液压耙斗式装岩机”、“全断面岩石掘进机”等作业方式试验研究后，淘汰了“电动凿岩机-耙斗装岩机”、“支腿式液压凿岩机-液压耙斗式装岩机”作业线；一度呼声较高、长期进行“攻关”的“钻装机（钻装锚机）组”和“全断面岩石掘进机”的研制终止下来，确立了“以气腿式凿岩机与耙斗式装岩机为主的普通机械化作业”和“以全液压钻车与侧卸式装岩机为主的高档机械化作业线”，并正式列入《煤炭工业矿井设计规范》（中国煤炭建设协会起草、中华人民共和国建设部批准、2006年1月1日起实施）[2]。

1.1 全断面岩石掘进机在煤矿的实践

煤矿全断面岩石掘进机的研制始于上世纪60年代末，到80年代，直径φ5m和直径φ3.2m的两种掘进机 （见表1）正式用于岩石巷道掘进[3]，取得一定效果，也暴露出一些问题。

表1 煤矿全断面岩石掘进机主要性能参数

φ5m掘进机于1986年6月～1989年末，在山西古交东曲煤矿东平峒试用（岩石抗压强度30～140MPa），共掘进3600m，平均月进103.4m，最高月进202m；月进100m以上的月份占40%，正常工作月份的机械利用率（掘进机开机时间与总时间的比值）为17.2%，最高月进尺时的机械利用率为24.9%；最佳日进尺12.7m，最佳班进尺5.8m。

φ3.2m掘进机于 1988年 1月～1989年2月底，在云南羊场煤矿杨家矿井（岩石抗压强度50～180MPa）共掘进1014m巷道，平均月进尺156.13m，最高月进尺260.17m，最高日进尺13.6m，最高班进尺6.4m。

全断面岩石掘进机的应用证明了它的可行性，但与国外煤矿岩石掘进机平均月进尺300～400m，最高月进尺600m，最高日进尺20m的差距较大；平均月进尺低于液压钻车与侧卸装岩机作业线的实际使用效果；在地质条件复杂或岩石抗压强度高、磨蚀性大的岩层，不宜达到最佳速度；机械利用率大大低于国外的水平；全断面岩石掘进机重复使用可能性小，工程成本高。鉴于我国煤矿适于全断面岩石掘进机基本条件的工程极少，1990年起，未再安排新的研制计划。

进入21世纪，大同煤矿于2003年8月～2004年2月，在年产量1500万t的特大型矿井的平峒掘进中（掘进断面20.33m2；平峒掘进总长度3500m；基岩含砾粘土岩、石英砂岩、角闪片麻岩、混合花岗岩等，岩石抗压强度40～60MPa）使用美国罗宾斯（Robins）制造的岩石掘进机，完成掘进进尺2960m，平均月进尺493.3m[10]，最高月进尺650m，取得我国煤矿使用全断面岩石掘进机的最好效果。这个实例的特点是：年产量超过千吨的特大型煤矿建设工程、平峒长度3500m、岩石条件好，并采用了国际先进的掘进机。使用单位在技术总结中提到：“掘进机对地质条件变化的适应性较差，在复杂岩层中使用应进行充分论证；设备的成本及维修费用较高，工程的初期投入较大”[10]。这说明，适用于全断面岩石掘进机应用条件的煤矿岩巷工程不会很多。

1.2 煤矿岩巷钻装机组（钻装锚机组）的长期试验

煤矿从上世纪60年代起试验岩巷钻装机组，到1978年，共有50多台钻装机组在新汶、淮南、北京、抚顺等矿区试验。其基本结构是耙斗式装岩机、岩石电钻或气动凿岩机，凿孔速度低、事故率高，整机性能差，使用效果不佳；1976～1982年间，使用效果突出的抚顺老虎台煤矿，用钻装机掘进了1480m巷道，最高月进速度仅为100.5m（断面12.22m2、岩石抗压强度 40～60MPa）。

从“六五”到“八五”末，有多家科研、高校、制造厂研制了不少于7种型号、采用液压凿岩机的钻装机组（钻装锚机组，参见表2），有代表性的JZZ8-12Y型钻装机，采用YYG90A型液压凿岩机，于1990年2月在陕西韩城下峪口煤矿应用 （断面17m2），月进尺仅43m；1991年1月～10月在湖南资兴煤矿使用（断面14.27m2），月进尺也仅有87m。“八五”科技攻关的ZPG20G型钻装锚机组，因感到技术存在方向问题而终止了攻关合同。

上世纪80年代中期，煤炭行业引进了英国的钻装机组（见表3），其中，2000DL型21台。

英国钻装机采用侧卸式装载机构、安装了瑞典液压凿岩机，试验、使用效果优于国产钻装机，但也不甚理想。大同矿区于1985年3月试验TDR-6型钻装机，月进尺仅为87m（巷道断面16.6m2，抗压强度 70～90MPa）；阳泉矿务局于1987年在贵石沟煤矿 （断面20.4m2、岩石为石灰岩、砂岩、泥岩，以石灰岩为主，抗压强度70MPa）使用2000DL型钻装机，总掘进358m，平均月进尺 89.5m，最高月进尺150m[4]，钻装机上COP1032型液压凿岩机的凿孔速度达1.79m/min，加上辅助作业时间的凿孔速度也达到1.17m/min；侧卸式装载机构的铲斗 （斗容0.7m3）性能可靠，但整体综合效果不理想。尔后，2000DL型钻装机一律被调往鹤岗兴安煤矿，每年掘进巷道600多米，月平均进尺为50～60m，为该矿正式使用钻装机的最佳效果，应用效果与液压钻车作业的成效相差甚远。

表2 典型液压凿岩钻装机主要技术特征

表3 进口钻装机组的主要特征

1995年后，煤炭行业未再安排研制钻装机组和钻装锚机组的计划。

2000年以后，煤矿产量的提高使人们重新重视岩巷机械化问题，个别煤矿再次提出使用岩巷钻装机组。新时期的技术进步，使新研制钻装机的整体技术水平超过了上世纪。

然而，仍未取得理想的实际效果：三一重型装备有限公司2008年以来开发的CMZY2-100/18型岩巷钻装机，采用挖掘式装载、双臂液压凿岩结构，安装法国蒙塔贝特液压凿岩机，设计了负载敏感变量液压控制系统与专用离机无线电气控制系统，装机容量75kW，机重30t。还在CMZY2-100/18岩巷钻装机的基础上，开发了单臂钻装机产品。该产品采用了先进、可靠的液压凿岩机，设计技术完善、先进，双臂钻装机于2010年在山东古城进行工业性试验，日最高进尺5.6m，月最高进尺80m，使用效果不错，但月进尺尚未超过岩巷钻装机的历史最高水平。据了解，有单位购置机重26kg支腿式液压凿岩机，拟在挖掘式装岩机基础上组装钻装机，因液压凿岩机功率过小，钻装机的整体水平不会好于“三一重装”的产品。

1.3 全液压钻车作业线的应用

上世纪70年代末引进国外液压凿岩技术，促进了煤矿液压凿岩机与液压钻车的应用和发展。到80年代末，煤矿陆续使用了瑞典阿特拉斯·科普柯公司液压钻车2台、芬兰塔姆洛克公司液压钻车7台、法国赛可马公司液压钻车33台、德国扎尔茨吉特公司液压钻车2台[5]（见表 4）。

表4 上世纪80年代煤矿引进国外的全液压钻车

煤矿行业自1981年研制全液压钻车和液压凿岩机，LC10-2B型液压钻车于1986年在山东省兖州兴隆庄煤矿试验，连续两个月进尺突破100m。1986年起，引进法国技术、安装HYD200型液压凿岩机的CTH10-2F型液压掘进钻车逐步实现了国产化。“八五”期间，又对液压钻车以及液压凿岩机等关键配套件的性能与可靠性进行了攻关，新设计的LC12-2B型液压钻车在技术上有所突破，并带动了国产液压凿岩机等配套件的技术进步，达到了煤矿岩巷月掘进120m，年掘进1000～1200m的攻关目标。

液压掘进钻车从进入煤矿起，就显现了优于其它作业方式的明显效果：

1980～1981年，山东新汶协庄煤矿使用瑞典TH430型钻车，在断面14.2m2的岩巷中掘进了1200m，最高月进150m。

1983～1984年，河南平顶山五矿使用芬兰CMH207-F4型钻车，在断面17.1m2的岩巷中掘进了2000m，最高月进143m。

1987～1988年，黑龙江七台河煤矿掘进了断面17.6m2的岩巷2180m，并首创月进180m，年进1000m以上的好成绩。

1988年起，使用CTH10-2F液压钻车的数量增多，并连创快速掘进记录：1988年12月，河北开滦钱家营煤矿创月进尺 214.5m （断面 14.7m2）记录；1989年1月，河北邢台东庞煤矿创月进尺217.8m （断面15.3m2）记录；1989年3月，江苏徐州矿务局建井处创月进尺224.7m（断面16.33m2）记录；1989年5月，河北开滦钱家营煤矿又创记录，月进尺达到252.4m（断面14.7m2）；1990年10月，江苏徐州矿务局建井处再创月进尺260.7m（断面15.5m2）记录。

1989年起，煤炭行业对钻车掘进队进行等级掘进队考评 （见表5），到1997年，年进尺达到等级队的共有88个 （次），其中，甲级队的年掘进为1053m～1686.8 （断面 14m2～21.4m2）；乙级掘进队的年进尺也超过了1000m（断面14m2左右）。

煤炭行业经济的滑坡曾使应用液压钻车的积极性受挫，但2001年后，煤炭产量连年增加，全液压钻车的需求量骤升，液压钻车和液压凿岩机的生产企业由2000年前的一家，分别发展到五家和两家以上；液压掘进钻车由原来适应断面 17m2一种，发展为 17m2（18m2）、21m2、27m2三种；其驱动功率也由45kW，发展到 45kW、55kW、75kW 三种。全液压钻车机械化作业线的扩大应用，进一步取得积极效果：开滦矿区始终保持应用10条以上液压钻车作业线，钱家营煤矿的3条作业线，连续实现年掘进1000m巷道以上，平均月进尺达100～120m[6]。2006年6月～9月，铁法小青煤矿使用CMJ-17型液压钻车与ZCY-60型侧卸式装岩机，在21.84m2的大断面岩巷，平均月进246m，最高月进251m，比使用7655气腿式凿岩机与耙斗装岩机时月掘进速度提高了170m[7]。2007年5月开始，鹤壁中泰矿业公司在断面16.7m2的岩巷，使用CMJ-17HT型液压钻车，月进尺连续达到95～100m，比使用气腿式凿岩机与耙斗装岩机的月进尺40～50m提高1倍[8]。2008年9月～11月，平顶山煤业集团在四矿三水平进风井19m2的岩巷 （石灰岩抗压强度103MPa）使用CMJ17型液压钻车，平均月进尺127m，大大高于使用气腿式凿岩机时的月平均63m的掘进速度[9]。现代化矿井的国投淮南刘庄煤矿，在试用“硬岩”悬臂式掘进机掘进岩石巷道无效后，进口了5台德国单臂液压钻车，采用国产侧卸式装岩机与其配套，掘进断面28～30m2岩巷的月进尺达到90m。2001年后使用液压钻车的新汶孙村、河南郑州告城、山西西山官地、淮南谢桥等等，也都使掘进速度比使用气腿式凿岩机时提高30%～50%以上。

表5 1989～1997年的液压钻车等级掘进队统计

2 新时期对煤矿岩巷掘进机械化作业方式的再认识

新时期再次研究煤矿岩巷掘进机械化作业方式，依然是对掘进机法和钻爆法、钻爆法中的液压钻车施工法、气腿凿岩机法和钻装机（钻装锚机）法的讨论和认识。

2.1 科学地分析煤矿岩巷掘进的掘进机法

煤矿掘进机有全断面掘进机与悬臂式掘进机两种，按其破岩原理，全断面掘进机适用于全断面岩石巷道，悬臂式掘进机主要适用于煤与半煤岩巷道。

全断面岩石掘进机掘进法（TBM法）是全岩隧道（巷道）掘进先进、成熟的方法，在适宜的条件下（包括经济条件、工程的地质条件、使用条件等）能实现高速成巷，广泛用于隧道、涵洞等非煤工程。正如前面所述，我国煤矿使用全断面岩石掘进机已取得良好效果，但若广泛使用，受到技术经济条件的限制。

悬臂式掘进机主要适用于煤与半煤岩巷掘进，为扩大使用范围，截割电机功率已提高到400kW以上，虽在“岩巷掘进”中取得一定效果，也暴露了很多问题：淮南矿业的顾北煤矿使用英国多斯科公司MK3型重型悬臂式掘进机，掘进了635.24m岩巷（断面24.1m2，总长1877.8m，巷道岩层主要为细砂岩和砂质泥岩），最高月进尺208m，掘进工效是钻爆法的2.7倍。但认为，巷道应尽量布置在岩石抗压强度较小的岩层，当掘进机遇到坚硬岩石时，要辅以爆破[11]。开滦东欢坨煤矿于2008年10月起使用EBZ200H型悬臂式掘进机，在断面15.82m2的岩巷（岩石抗压强度50～80MPa），月进尺达 200.3m，综合技术经济指标高于钻爆法，但遇到“坚硬”岩石时，需要放震动炮。淮南国投刘庄煤矿曾在岩巷试用“硬岩”悬臂式掘进机，但效果不理想，不得不改用全液压钻车作业线施工。

悬臂式掘进机切割机构的锥形截齿与全断面岩石掘进机的滚刀在破岩原理上有根本区别，其蟹爪装载与链式刮板转载输送机构，主要以煤和软岩为对象。若将悬臂式掘进机应用到岩巷，需对破岩原理、岩石可钻性、刀具结构与工艺、装载与转载方式等进行大量研究与试验。目前市场上出现了诸多“硬岩悬臂式岩巷掘进机”，但主要适用于半煤岩巷道或破碎岩层巷道，尚不能在全岩巷道掘进中正式取代全断面掘进机法与钻爆法。

2.2 煤矿岩巷钻爆法掘进机械化作业线的发展方向

上世纪80～90年代，欧洲煤矿为提高采掘机械化水平，矿井设计时尽量考虑多布置煤巷或半煤岩巷，使用悬臂式掘进机的煤巷与半煤岩巷道比例达到90%以上，以避免受到施工难度大、掘进速度慢的岩巷掘进的影响。对10%左右难以躲避的岩巷，将其断面扩大到适于使用全液压钻车，以提高岩巷的掘进机械化水平。近年我国煤矿掘进技术的发展，也基本遵循这一规律，岩石巷道的比例逐渐减少。但我国煤矿地域宽广、条件差异较大，岩巷的比例会长期占20%以上，总工程量大，研究如何科学地应用与发展钻爆法掘进，仍然具有现实的意义。

（1）煤矿岩巷钻爆法掘进机械化作业线的实质

煤炭行业于“八五”末，确定了推广“气腿式凿岩机与耙斗装岩机为主的普通机械化作业线”和“全液压钻车与侧卸装岩机为主的高档化作业线”，按国外经验与我国近期煤矿实践，与气腿式凿岩机配套施工的装岩机不一定是耙斗式；与液压钻车配套的装岩机也不一定是侧卸式。据笔者实际考察，法国某煤矿使用双臂液压钻车的配套装岩机是铲运机；德国某煤矿使用双臂液压钻车的配套装岩机是侧卸式；波兰某煤矿使用22kg级气腿式凿岩机 （4台同时作业），配用了1.2m3斗容的侧卸式装岩机。开滦矿区使用全液压钻车多采用侧卸式装岩机，但范各庄煤矿却使用具有皮带装载机构的正铲、底卸式装岩机。近年，有煤矿采用挖掘式装载机与液压钻车或气腿式凿岩机配套，也取得一定效果。可见，体现煤矿岩巷掘进机械化作业线特征的关键，是凿岩施工采用全液压钻车或气腿式凿岩机，以“全液压钻车作业线”和“气腿式凿岩机作业线”称谓上述两条“作业线”更为合理。

“气腿式凿岩机作业线”的凿岩，手工操作劳动强度大、健康安全条件较差，被称为“普通机械化作业线”，实质上是“半机械化作业线”。“全液压钻车作业线”液压凿岩机能力与凿岩自动控制水平较高，特别是电液控制与计算机技术的应用，使钻爆法岩巷掘进的现代技术装备能与全断面岩石掘进机相媲美。

钻装机组或钻装锚机组，是将装载机械、凿岩机械（或含锚杆孔钻进机构）综合在一台设备上的所谓 “一体化”产品，机械化程度较高，但实际掘进速度不高，应用效果不理想，还不宜称其为“高档机械化”技术装备。

凿岩机械和装岩机械是岩巷掘进机械化作业线的主要设备，但还应考虑“作业线”的其它配套问题，包括转载机械、运输设备、锚杆（索）产品、锚杆（索）支护施工机具 （锚杆钻机或锚杆钻车、锚杆拉力计、锚索张拉机具、锚杆测力计等）、喷射混凝土设备等。

（2）“气腿式凿岩机作业线”的前景

“气腿式凿岩机作业线”的形成是煤炭行业长期实践的结果，气腿式凿岩机操作维修方便、价格低廉，但其半机械化的凿岩作业（手工操作、人力挪移设备）凿孔速度低、作业噪声大、占用人员多、效率低、劳动强度大、容易发生机械人身事故和顶板安全事故。应创造条件，尽量将“气腿式凿岩作业”由“全液压钻车作业线”代替。然而，“气腿式凿岩机作业线”的退出取决于多方面因素。在今后一段时期，不会被完全替代。

①“多台气动凿岩机作业”曾被列为煤矿快速掘进的“经验[1]”，一个8m2断面的巷道要配备8～16台凿岩机，工作面作业噪声高达120～125dB（A），人耳接触噪声大大超过噪声卫生标准的规定。以现有气腿式凿岩机噪声性能并考虑实际凿岩作业时间，工作面同时使用的凿岩机不应超进4台，巷道断面8m2以下时，同时使用的凿岩机不应超过2台。

②我国大约有30个企业生产20余种型号气腿式凿岩机，普遍存在盲目追求“机重”值、性能参数不协调、忽视噪声与振动性能、钎具性能不匹配等问题。应尽量减少机重、降低噪声和机体振动级别；重视全方位考核产品的冲击能、转矩、耗气量、噪声与振动、机重以及操作安全性等，并按严格的安全规程操作，减少人身事故。

③应用“气腿式凿岩机作业线”时，应以侧卸式装岩机，挖斗式装载机等与其配套，逐渐淘汰技术落后、生产效率低、安全隐患大的耙斗式装岩机、并配备适宜的转载运输设备、凿岩钎具和锚喷机具等。

④应科学地确定“气腿式凿岩机作业线”的预期掘进速度，摈弃“人海战术”式“快速”掘进。

（3）新时期煤矿钻装机组的发展前途

钻装机组可避免凿岩和装载设备间错车，某些煤矿曾在岩巷使用。但实践说明，岩巷钻装机（钻装锚机）组是在一台设备上完成两台或两台以上机械的功能，产品很难达到所设想的效果：

①钻装机组需完成多功能，设置多机构，很难达到单机的性能。在国外，也难见煤矿岩巷钻装机成功应用的实例。

②全液压钻车每循环工作1.5～2.5h，侧卸式装岩机每循环工作2～3.5h，有充足的时间连续维护保养。钻装机组在一个掘进循环内要连续完成凿岩、装岩两个工序，没有时间对凿岩和装载系统进行良好维护，设备事故率高。例如，2000DL型钻装机每天曾发生机械事故90多起，实际掘进速度高不上去。

③煤矿井下巷道空间有限，钻装机组的设计必然在一定规格、一定机重的范围内进行，产品性能受限制。尽管如此，整体机重常常高达25t～30t以上，这与煤矿底板岩层条件差的使用极为相悖。

我们注意到，新时期的钻装机组可采用挖掘式装载机构，比采用耙斗装载机构结构紧凑、装载效率高；比采用侧卸式装载机构占用空间小，易安装2个液压钻臂，加上有了比较成熟的液压凿岩机、设计了可靠的液压控制系统与离机遥控系统等，整体水平超过了上世纪研制、试验的钻装机组。钻装机的发展重点应在掘进速度要求不高、不易采用液压钻车的10m2以下的小断面。若采用单钻臂结构，可使机构简化、钻臂坚固性增强、机重降低、空间尺寸缩小，并提高可靠性与适用性，或许能在某些规模不大的煤矿取得一些实效。但就整体而言，它不会成为钻爆法岩巷掘进机械化设备的主流。

（4）“全液压钻车作业线”的前途

长期实践证明，“全液压钻车作业线”的掘进速度比“气腿式凿岩作业线”高1倍以上；在8m2～30m2断面的岩巷中，如果配套设备与施工工艺合理，矸石运输与矿车供应及时，月进尺150m～200m，甚至250m是可能的。在新形势下，若以“八五”攻关结果为基础，全液压钻车作业线的设备性能与可靠性能进一步提高的话，便能保证“全液压钻车作业线”实现安全、高效岩巷掘进。

鉴于煤矿岩巷掘进以钻爆法为主的现实和气腿式凿岩机半机械化作业线的问题，岩巷掘进机械化的根本出路在于不断发展全液压钻车机械作业线。

3 全液压钻车作业线发展的技术关键

在新时期，“全液压钻车作业线”仍是煤矿岩巷掘进机械化的发展方向，但必需在原有基础上有所提高。

（1）以液压凿岩机为核心提高全液压钻车的水平

全液压钻车决定作业线的水平，高性能液压凿岩机和凿岩控制系统是保证液压钻车高性能的根本。如何选用液压凿岩机、如何使液压钻车的结构、参数与液压凿岩机性能匹配、如何控制凿岩系统，是全液压钻车发展的关键。

2000年以来，国产液压凿岩机的关键性能与可靠性出现了滑坡，劣质产品常以“低价”混入煤矿，普遍存在钻车与液压凿岩机性能参数不匹配问题：液压凿岩冲击压力最高只建立起14MPa，冲击功率不到16MPa时的75%；转矩低于 250N·m、转速低于 200r/min，凿孔速度降低15%以上，本来80分钟左右可完成一个凿岩循环，却要增加到100分钟以上。液压凿岩机侧供水密封、蓄能器隔膜、液压回转马达等元件可靠性大大下降，事故率增高。一些全液压钻车作业线的实际月进尺比常规下降20%，严重影响煤矿使用“全液压钻车作业线”的信心。究其原因，一是液压凿岩机厂家为降低成本擅自修改技术参数，供液流量加大；二是液压钻车企业没正视液压凿岩机基本影响因素，机械地延续了20年前的液压系统参数。

参见表6列出的煤矿液压凿岩机冲击、回转性能参数，若液压钻车冲击供液流量仍按每台40L/min设计，只有法国液压凿岩机能在16MPa以上的冲击压力下工作；凿岩回转系统的40L/min供液流量，也不可能使液压凿岩机达到规定的转速。如何使液压凿岩机与液压钻车的液压系统的参数匹配的问题，应引起钻车生产企业和煤矿使用单位的注意。

表6 HYD类型液压凿岩机主要参数比较

目前理想的国产煤矿用全液压钻车，仅使用了液压凿岩机14～16MPa压力的性能，即使将工作压力调至19～20MPa，液压凿岩机200J冲击能与对应的低频率，其冲击功率也只有5～7kW，不可能大幅提高凿孔速度。近期进口的德国液压钻车，实际使用液压凿岩 机 （COP1238、COP1638、COP1138等）的冲击能低于200J，而冲击频率为80～100Hz，冲击功率达到11kW以上，凿孔速度比HYD200型提高1倍左右，单臂钻车性能大大高于国产双臂钻车。提高液压凿岩机的性能，是提高全液压钻车技术能力的关键，但基于煤矿井下条件，不应盲目地把液压凿岩机冲击能提高到200J以上。

全液压钻车研制时，应将液压凿岩机的冲击、回转、推进和具体岩石条件、所钻凿爆破孔与锚杆孔的参数等，纳入一个系统进行研究[12]，科学解决配套钎具的类型与规格；要充分利用微机控制等现代技术，合理解决防空打、防卡（钎）、自动变换凿孔参数（冲击压力、回转转矩和转速、推进力等）[13]等问题，并尽量摈弃目前采用的“机械式”控制方法。

应针对不同断面、不同岩层变化等，开发系列化的煤矿用双臂或单臂掘进钻车，并将应用液压钻车的最小断面由9m2减小到7m2；设计、开发适应30m2以上断面用液压掘进钻车；始终重视提高液压凿岩机、液压马达等部件的可靠性和寿命。

（2）合理选配“全液压钻车作业线”的装载设备

我国全液压钻车作业线主要采用侧卸式装岩机与其配套，这与欧洲采煤国家的主要技术方案基本一致。这是因为，侧卸式装岩机具有以下突出优点：

①结构简单、紧凑，工人操作条件好；

②使用安全，不会像耙斗式装岩机那样产生钢丝绳摩擦火花；

③装载效率比耙斗式装岩机高2倍以上且无装载死角（耙斗式装岩机有25%的岩石须由人工装岩完成）；

④具有清底功能（使用耙斗式装岩机，在工作面20～30m范围内的底板处有0.5～1.0m的底渣，清底工作量大）；

⑤机上的铲斗可兼作其它工序的工作平台。

近年，有的煤矿采用了挖掘式装载机与液压钻车配套，可实现连续装载、避免装岩机反复前后运动、减少履带行走机构故障。但是能否广泛适应煤矿岩石条件（煤矿岩石磨蚀性大、岩渣块度尺寸较大、煤矿巷道需用装岩机清底等），尚需在实践中进一步考核。

（3）着力解决装岩配套的转载问题

欧洲煤矿使用液压钻车的岩巷掘进工作面，大多采用落地刮板式转载机，接受侧卸式装岩机或铲运机装载的岩石并转载到其后的带式转载输送机上，连续将岩石装到带式转载输送机下储存的一列矿车中。这一转载配套系统的特点是：

①距离掘进工作面约30～40m以内无轨，带式转载输送机后面是轨轮式矿车运输；

②带式转载输送机为吊挂皮带式，不占轨道；

③落地刮板式转载机为三排强力链板的刮板输送机，机头贴近巷道底板，装岩机将工作面的岩石装运到刮板式转载机机头处，行走距离短，装载效率高。

我国煤矿岩巷装岩配套的转载机械还不够成熟：侧卸式装岩机直接将岩石装入矿车的方式，使装岩机行走距离过长，易使履带零件过早损坏；耙斗式装岩机作转载机，使装岩速度加快并改善了侧卸式装岩机的作业条件，但耙斗式装岩机机尾只能存放一个矿车，影响机械化作业线效率的发挥。近年，有的煤矿采用了梭式矿车运输系统，需要设置专用的转载站。研究“全液压钻车作业线”的转载运输方式，开发合理的转载运输设备，已成为进一步提高全液压钻车作业线技术水平的关键。

（4）开发安全高效的锚杆支护机械化设备

煤矿岩巷掘进的锚杆支护机械化对确保正规循环、避免顶板事故有重要作用。应进一步改革掘进施工工艺，开发便于与掘进钻车、装岩机等设备错车换位的煤矿岩巷用履带式锚杆钻车等机械化锚杆支护设备，使煤矿岩巷锚杆支护机械化问题得到根本解决。

上世纪七、八十年代，煤矿曾成功试用岩巷用液压锚杆钻车，证明合理安排掘进工艺，采用锚杆钻车进行锚杆施工可实现快速、安全、高效、质优。进入21世纪，煤矿液压钻孔与凿岩技术更加进步，巷道断面加大，人们对确保施工安全、改善操作条件、提高效率等观念已经提升；煤巷用多钻臂锚杆钻车已大大发展，有条件开发、应用高度机械化的煤矿岩巷液压锚杆钻车。

（5）重视煤矿液压凿岩钎具的科学性

应注意煤矿岩层节理发达、易卡钎、冲击能不是很高但转矩大、要求寿命长等特定条件，根据煤矿用液压凿岩机的性能选择配套钎具。应合理处理爆破孔与锚杆孔直径与孔深相互匹配问题，并科学调节液压凿岩参数，在寻求最佳凿岩速度的同时，获取钎具的高可靠性。

煤矿岩巷掘进机械化是煤炭能源发展的需要，更是减少煤矿安全事故、改善掘进工人健康安全作业条件与作业环境的需要。应充分利用现代技术和国内外先进经验，科学、有序地开发、应用煤矿岩巷掘进机械化技术装备。对于岩石掘进，人们曾探讨多种机械破岩方式以及高压水射流、超高频电磁波、火力破岩等，但迄今实际有效的是全液压凿岩爆破法与全断面掘进机法。近年有国内企业花费超过千万元试验 “一体化”破碎全岩“新方案”，设计了两个液压锤加三个液压凿岩钻臂的自动控制破岩机械，因机器庞大而效果不佳，不得不终止了历时两年多的产品开发工作。要继承和发扬已有科学成果，采用科学有效的途径，切实提高煤矿岩巷掘进机械化水平。

[1]燃料化学工业部煤炭勘探开发组.岩巷掘进十六项经验（修订二版）[J].燃料化学工业出版社，1974年5月：36～50.

[2]中国煤炭建设协会.煤炭工业矿井设计规范[Z].中华人民共和国建设部批准，履行日期2006年1月1日.

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