煤矿掘进机的机械化发展与展望

同煤集团煤峪口矿 山西大同 037041

我国地大物博,物产丰富,蕴藏着丰富的煤炭资源。但是另一方面,我国煤炭资源赋存的条件非常复杂。随着科技的进步,研究煤矿巷道掘进机的新技术、新装备极具迫切性和重要性,分析煤矿巷道掘进机的机械化发展,研究煤矿巷道掘进机的技术发展战略同样迫在眉睫。

1 煤矿掘进机机械化发展的重要性

掘进作业以煤矿的开采为需求,需要依据煤矿地质条件、煤层断面情况、巷道作业操作情况等稳定开展。在矿井开采的整个过程中,巷道掘进所占比例非常高,涉及支护、破碎、装载、运输等一系列过程。就目前我国煤炭形势而言,虽然成绩显著,但是在机械化方面所显现的问题也非常突出,形势严峻,体现出我国煤矿开采技术与机械化程度的滞后。在今后的发展中,若煤矿掘进机的机械化程度不高,煤矿开采、掘进则会受到制约。煤矿掘进机的机械化程度还会直接影响工程质量、工期及生产人员的安全,可见,发展煤矿掘进机的机械化极其重要。

2 我国煤矿掘进机发展现状

2.1 爆破掘进

爆破掘进作业时,严格依据作业规程,根据断面大小、支护类型、地质情况,以及人员和设备情况来规划施工,强化管理与控制,保证支护的稳定性和人员的安全性,避免发生冒顶事故和顶板事故[1]。

爆破掘进作业技术主要包括三种,具体为钻爆法、光面爆破法、光爆和深孔爆破法。其中,光面爆破法是建立在破碎岩石基础上的一种掘进技术。光爆和深孔爆破法是一种新技术,能缩短工期,同时又能兼顾施工循环,提高煤矿开采的效率和质量。这一新技术的应用,对煤矿掘进事业的发展起到了积极的促进作用。

2.2 掘进机掘进

煤矿综合化掘进是近年来发展起来的一种高效掘进技术。掘进机在水平煤巷施工时,要根据作业规程中不同的破岩方式做好相应的顶板管理工作,保证煤层瓦斯不泄漏,并在掘进时使用雷管全面爆破。在特殊地质条件下,选择人工方式操作[2]。掘进机机械施工过程中,应把握好空间尺寸,避免出现空顶作业的情况,以及冒顶事故。如今,掘进机机械化在煤矿掘进、开采作业中成为不可缺少的一个环节。

我国煤矿掘进机机械化技术起步较晚,20世纪70年代,我国才引进了第一台悬臂式掘进机。悬臂式掘进机功率小,应用水平低,经常出现问题,后来经过我国科研人员的改进,应用水平才明显提高。直至21世纪,为满足需求,我国自主研发了一款中型悬臂式掘进机——EBJ-DOTP型掘进机[3]。

对于半岩巷道掘进与全岩巷道掘进,主要应用岩巷悬臂式掘进机,具体常用型号包括EBZ318、EBZ1607Y、EBZ200H、EBZ220TY等。

我国常用悬臂式掘进机主要性能参数见表1。

表1 我国常用悬臂式掘进机主要性能参数

2.3 连续采煤机掘进

连续采煤机掘进对煤层条件的要求相对较高,在多巷道掘进环境下掘进,具有速度快、效率高、产量高等特点[4],可使掘进作业与支护作业同时并行进行。但是,连续采煤机大部分设备的核心技术被外商所掌握,并且自动化操作指标不是很成熟,经常出现问题。

2.4 掘锚一体化掘进设备

掘锚一体化掘进设备是在悬臂式掘进机与连续采煤机的基础上研制的新型采煤掘进支护设备[5]。掘锚一体化掘进设备中的ABM20掘锚机,在截煤的同时能安装锚杆,可实现平行作业[6]。当然,此类产品仍在试验阶段,技术尚不成熟。

3 煤矿掘进机现存问题

(1) 稳定性和适应性差。在复杂的煤矿巷道中,煤矿掘进机有时无法正常工作,而且工作中极易发生脱滑、断齿、烧电机等事故。在煤峪口矿410盘区21010巷道掘进作业时,掘进机遇到大而坚硬的白沙岩,进行直接切割时,由于切割深度过大,引发机组横向振动与滑动,导致切割齿牙被严重破坏,甚至断齿。在煤峪口矿410盘区51010巷道掘进时,切割电机发生堵转,造成短时高温,电机烧毁。此外,还发生过由于热敏电阻触点不能及时闭合而使电控系统瘫痪的事故。

(2) 无法自动注油。油是煤矿掘进机不可缺少的润滑剂、冷却剂。掘进机在作业时,由于部件之间的相互摩擦及工作机发热引起油挥发等原因,使掘进机中的油液不断消耗[7]。当前,国内很多煤矿掘进机无法自动注油。人工注油工作烦琐,且煤矿井下环境差。在煤峪口矿410盘区21010巷道掘进作业时,人工注油过程中将煤尘混入油中注入机器,引发油管堵塞。

(3) 除尘效果差。掘进机工作时,大量煤粉悬浮空中,严重影响工人视线。若工作人员吸入粉尘,更会对身体造成极大伤害。同时,大量煤粉积聚易引发爆炸,后果将极其严重。煤峪口矿410盘区在作业时,掘进机配备高压高射程雾化喷射器,同时设置防尘网罩对煤尘捕捉,但是效果并不理想。

(4) 运输链带容易松动。煤矿掘进机工作时受冲击载荷影响,经常引发运输链带松动,发生跳链、断链等事故。煤峪口矿410盘区21010巷道在掘进过程中,掘进机在750 m处由于运输链带松动而引发运输链卡链故障。

(5) 工作效率低。当前,绝大多数煤矿掘进机的前部装载机构、中部运输机构及整体驱动机构都采用液压马达,以液压传动为主。液压系统本身有局限性,工作效率低。

现阶段煤矿掘进机的泵站系统、割煤系统都采用普通三相异步电动机,其缺点是功率因数低、运行效率低、发热量和损耗大。可采用永磁电动机代替三相异步电动机。永磁电动机机械结构简单,能耗小,具有高转矩、高效率、节能等优点,综合性能指标优势明显,具有良好的经济效益。

4 煤矿掘进机机械化展望

4.1 机械化改进

(1) 努力提高煤矿掘进机的适应性,通过发展特殊环境作业部分断面掘进机,使掘进机有更广的适应范围与更强的适应能力。同时,降低掘进机的质心,设计增宽履带结构[8]。履带是煤矿掘进机与地面接触的重要部分,提高履带的适应性,设计不同结构的履带板,能更好地满足作业需求。此外,需要提高掘进机切割部分的切割能力。

(2) 应用设计良好的降尘技术,用于保证作业环境安全,以及工作人员的健康[9]。

(3) 研发可靠性高且寿命长的新型煤矿掘进机,实现掘进机自截控制,提高我国的煤矿机电一体化水平,加快井下作业智能机械无人化作业的进程[10-11]。

4.2 机械化发展路线

(1) 重视煤矿掘进机的引进,选择最合适的机械设备,提高效率,促进发展。

(2) 积极鼓励研发人员研发新型煤矿掘进机,以生产为保证,提高对理论与实践的研究,生产出性能较高的工程机械设备,提高自动化水平。

(3) 运用整理、整顿、清扫、清洁、素养、安全6S科学管理方式,建立完善的管理制度,来保证煤矿掘进机的正常运行。

(4) 积极加强国际合作、学术交流,不断提高技术人员的技术水平和专业知识。不断加大对煤矿巷道掘进技术的研究投入,提高科学技术意识,鼓励专业技术人员不断探索。

5 结束语

随着科技的进步,研究煤矿掘进机的新技术、新设备及机械化发展极具迫切性和重要性,巷道掘进设备机械化水平直接影响工程质量、工期及人员安全。笔者论述了煤矿掘进机机械化发展的重要性,对煤矿掘进机的机械化发展进行了展望,以供技术人员参考。