煤矿巷道掘进技术现状及发展

张文玉

[摘要]在煤矿开采过程中，巷道掘进是非常重要的环节。所以，在煤矿生产中，巷道掘进技术占据着重要的地位。本文通过分析掘进设备的技术特点和目前掘进技术的现状，对如何使矿井的掘进技术水平提升，并如何加强技术人员的专业素养进行了探讨。

[关键词]掘进技术；矿山巷道；现状；发展

我国煤炭开采以井工为主，煤矿巷道掘进与支护工程量浩大。2001年原国有重点煤矿掘进总进尺高达5045km，其中煤巷约4480km，占88.8%；全国256个综采工作面年耗回采巷道820km，其中综掘总进尺达650km。综掘仍是高产高效矿井回采巷道掘进的主要技术方法。我国已研制开发和引进使用了近20种悬臂式掘进机

近年来，我国成功地开发和推广使用了煤巷锚杆支护技术， 使巷道围岩地质力学性能测试技术、煤巷锚杆支护设计技术、施工机具、支护材料均得到快速发展。随着综采生产技术的发展，百万吨综采工作面屡见不鲜，并已出现年产1000万t以上的全自动化综采工作面，使年耗回采巷道量大幅增加，从而使煤巷掘进与支护正在成为煤矿高效安全集约化生产的技术瓶颈，是当前煤炭工业亟需研究开发的重大共性关键性技术。

一、巷道掘进技术

1.煤巷综合机械化掘进

煤巷综合机械化掘进由悬臂式掘进机、转载机、可伸缩带式输送机（或刮板输送机）、单体锚杆钻机、通风除尘设备及供电系统等设备组成。悬臂式掘进机是煤巷综合机械化掘进的关键设备，掘进机的性能对于提高掘进工效和掘进进尺具有重要作用。悬臂式掘进机在我国重点煤矿已普遍使用，发挥了重要作用。但由于是单巷掘进，且采用单体锚杆进行锚杆支护，掘进和支护不能平行作业，影响了掘进速度的进一步提高。

2.大断面煤巷连续采煤机高效掘进

连续采煤机是一种具有较大截割宽度的集落煤、装运及行走为一体的综合机械化掘采设备，在国外广泛应用于矩形断面的双巷或多巷快速掘进，以及短壁开采，已成为现代高产高效矿井的重要设备。我国引进连续采煤机始于1979年，迄今为止大体经历了单机和成套设备引进两个阶段。目前我国神东公司、晋城煤业、万利公司、晋神公司、鲁能集团、伊东公司伊泰公司等矿区使用连续采煤机近60余台，用于大断面煤巷的掘进和短壁开采。

二、锚杆支护

巷道支护技术的作用在于改善围岩稳定状况和控制围岩运动的发展速度、以维护安全的工作空间。围岩是承受地压的主要结构、设置人工支护只是为了改善和提高围岩自身支持能力。安全、合理、有效的巷道支护是保证矿井实现高产高效的必要条件。而煤巷支护的特点是：支护服务年限较短；因围岩较松软，并且受采动影响，地压较大，因此要求支护具有较好的可缩性；要求原材料比较便宜，施工和维修比较容易。我国锚杆支护技术已形成了成套技术，包含：巷道围岩地质力学测试技术；锚杆支护动态信息设计；高强度锚杆支护资料、树脂锚固剂、M型钢带及其轧制技术、特种锚杆与锚索支护技术；锚杆支护施工机具；锚杆支护监测仪器与技术。

支架的形式

巷道支护的支架形式有：木支架、金属支架、锚杆支护、锚喷支护和料石混凝土砌碹等。

1、锚杆支护作用原理

1.1悬吊作用。悬吊理论认为：锚杆支护的作用是将巷道顶板较软弱的岩层悬吊在上部坚硬稳定岩层上。这样就能控制和减弱岩层的下沉和离层、保持顶板的稳定。

1.2组合梁理论。组合梁理论认为：当顶板岩层中存在没有稳固岩层的若干薄层状时、通过锚杆的支护作用将这些岩层锁紧成一个较厚的岩层、由叠合梁变成组合梁、显著提高了岩梁的抗弯曲能力并减小挠度。

1.3压缩（组合）拱作用。压缩（组合）拱理论认为：在松软围岩中、各个锚杆形成的压应力圆锥体交错重叠、形成一个连续的均匀压缩（组合）拱。这个压缩（组合）拱可承受其外部破碎岩石施加的径向载荷。

三、悬臂式掘进机现状及发展趋势

（一）悬臂式掘进机现状

目前，我国悬臂式掘进机的总体水平已接近国外同类机型，但与国外相比仍有不少的差距。今后我国进行技术攻关的目标是研制高可靠性的重型掘进机和研制具有独立知识产权的连续采煤机及掘锚机组。

经过20多年的努力，目前我国已经具有一定水平研究开发、生产制造掘进机的能力。已经开发出了20多种型号的掘进机机型，截割功率在30～200kw之间，并已初步形成系列产品，基本满足了国内市场的需求，结束了我国煤矿掘进机一直依靠进口的局面。目前我国掘进机的主要代表机型是AM50、S100、ELMB-75型掘进机，其中AM50和S100型掘进机约占到国产机型的80%左右。

“八五”期间，我国又相继开发出了3种重型掘进机，它们是EBJ-160、EBJ-160H和EBJ-132型掘进机，其中由煤炭科学研究总院太原分院开发的EBJ-160型掘进机获国家科技进步二等奖，达到了20世纪90年代初国际先进水平。它的研制成功，标志着我国掘进机研究制造水平和综掘机械化水平均迈上了新台阶。

（二）掘进机的发展趋势

1）适用范围不断扩大。随着科学技术的进步，掘进机的适用范围在不断扩大，除继续致力于完善截割煤的功效外，同时还努力提高有效截割岩石硬度的能力；掘进机的掘进断面也在逐步扩大，最大达到30～40m2；适应坡度达到16～18O。为了提高掘进机的适用范围和通用性，机器高度降到了1.5m左右，从而也提高了机器的截割稳定性；随着截割岩石硬度的提高，掘进机向大截割功率、重型、超重型方向发展，与此相适应的耐磨、低耗、高强度截齿的性能也逐步提高。据资料介绍，有的重型掘进机重达80～100t，截割功率达350kw，截齿的硬质合金最大直径达30mm，有效截割岩石的抗压强度达到100Mpa以上。

2）工作可靠性不断提高。机器的可靠性是其进行高效作业的根本保证。因此，掘进机各部分的结构型式、传动方式、使用材质等都要建立在实践验证的基础上。现有机型的截割机构一直沿用电动机——减速器的传动方式，元件的选型遵循着择优的原则，机器加工多在专业厂家加工制造。齿轮传动箱按標准进行例行试验。液压元件的工作压力，考虑到煤矿作业的特殊性，实行降压使用，工作压力仅为元件额定压力的一半以下，多控制在14～20Mpa。电控元件要经过严格筛选，控制系统广泛采用了PLC技术，电控设备隔爆、本质安全性能及型式检验手段不断完善，确保使用的安全性。

3）开发煤巷快速掘进设备。在许多国家，高效掘进中多配套锚杆支护技术，从而简化支护工作，提高掘进速度，降低支护成本。在煤巷掘进中试验应用截割、支护平行作业方式，采掘锚联合机组已在澳大利亚、英国等国家使用，实际应用效果较好。

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