煤矿巷道快速掘进技术及快速掘进装备发展现状研究

2019-10-09刘亚志毛文勤张帆陈伟

中国设备工程 2019年16期

刘亚志，毛文勤，张帆，陈伟

（陕西延长石油集团横山魏墙煤业有限公司，陕西榆林 719100）

现阶段，我国的煤炭开采技术主要以井工开采为主，随着我国煤矿开采装备科技程度的发展，煤矿开采的效率与质量也在大幅度提升。但我国煤巷掘进技术水平相对较低，且煤矿巷道的快速掘进设备相对滞后，导致国内煤炭企业存在煤矿采掘比例适失调，掘进速度较低的情况，导致矿井开采的时间周期大大增加，矿井开采的经济成本增高。因此，完善煤巷快速掘进技术与装备已成为目前国内重要的研究课题。

1 煤巷快速掘进技术现状

目前，国内井工煤矿企业的快速掘进技术主要分为三种工艺。

（1）悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配套作业线。目前，我国煤矿普遍采用该掘进工艺，适用于单巷掘进，适应范围广。

（2）连续采煤机与锚杆钻车配套作业线。该掘进工艺主要应用在矩形断面煤巷的双巷或是多巷，也广泛应用在边角煤开采以煤柱回收中，是现阶段矿井高效产出的主要掘进设备。该掘进工艺在神东矿区中得到了广泛引用，同时还取得了最高月进尺3273 米的成绩。该掘进工艺应用在单巷掘进中，能够有效提升煤矿挖掘的支护效率。具体掘进工艺如图1 所示。

（3）掘锚机组一体化。传统性质下的作业线给掘进工艺带来了极大的不便，因此实现掘锚机组一体化能够有效实现掘进、装运以及锚杆支护的平行作业，由于掘锚机组一体化能够使用一台设备实现采煤系列环节，因此，在国外的煤矿开采环节中得到了大规模的应用，掘锚机组施工如图2 所示。

图1 连续采煤机与锚杆钻车配套作业线路图

图2 掘锚一体机作业配套线路图

2 存在的问题

（1）悬臂式掘进机机械化掘进作业线存在的问题。悬臂式掘进机机械化掘进作业线并不是真正意义上的综合机械化掘进技术，由于其掘进科学系统水平不高，而且机械化能力较低，导致悬臂式掘进机机械化掘进作业线在实际的掘进工序中，仅仅实现了截割以及运煤的掘进作业，许多掘进工序仍旧需要人工进行作业，由于这些工序分散，需要大量的准备时间。同时，掘、锚工序在掘进迎头有限空间交替作业，也严重影响了施工效率和作业的安全性。

（2）连续采煤机与锚杆钻车配套作业线存在的问题。连续采煤机与锚杆钻车配套作业线主要是通过连续采煤机与锚杆钻车来完成掘进工序作业的，因此，当连续采煤机完成一定长度的作业之后，必须调动至另一个巷道进行作业，只有这样，锚杆钻车才能进入连续采煤机作业的巷道进行锚杆支护作业，而这样的作业方式给煤矿采煤技术带来一系列的作业问题，具体问题如下。

第一，连续采煤机与锚杆钻车在进行交叉作业时要同时挖掘两条以上的巷道，因此，连续采煤机与锚杆钻车配套作业线只能应用在双巷以及多巷的采煤工序作业中。

第二，连续采煤机与锚杆钻车在进行交叉作业时，由于转移采煤机的工作需要用到大量的调动时间，这大大影响到了连续采煤机与锚杆钻车的掘进工作效率。

第三，为了保证连续采煤机与锚杆钻车配套作业线开机率的经济合理性，就要保证连续采煤机的截深以及巷道顶板的稳定性。由于连续采煤机与锚杆钻车配套作业线在掘进过程中需要多次调动掘进设备，因此，需要保证巷道底板的稳定安全性，也因此限制了采煤机与锚杆钻车配套作业线的应用范围。

第四，连续采煤机与锚杆钻车配套作业线的掘进工序复杂，系统操作烦琐，导致对于设备的投资力度加大。

第五，连续采煤机与锚杆钻车配套作业线由于其工艺系统较为反琐，因此，需要保证作业线操作员工的专业程度和熟练程度达到作业线操作的标准，而作业线操作标准较为严格导致连续采煤机与锚杆钻车配套作业线范围受到制约。

（3）掘锚机组一体化存在的问题。从掘锚机组一体化的实际应用过程来看，掘锚机组一体化在实际应用过程中并未取得较好的应用效果，掘锚机组一体化在地质条件较好的地区能够达到应用效果，但在许多矿井区域的施工中仍旧无法取得令人满意的施工建站。而导致这种问题产生的原因是由于掘锚机组一体化仍旧无法完全解决掘锚机组一体化的完全平行作业问题，而掘锚机组一体化以及外界因素干扰的问题也没有得到有效解决。由于掘锚机组一体化只适用于煤巷掘进，导致其后期的维护成本较高，掘锚机组一体化的设备体积庞大，不仅导致掘进工作面中的安全通道面积缩减，而且在遇到底板不稳固的区域时，极易陷入其中，工作人员需要耗费大量的时间将其挖掘出。同时，掘锚机组一体化设备的调试安装周期较长，设备体积较大，操作人员进行支护作业时，操作人员的站位受到较大的阻碍，威胁到操作人员的安全。

3 发展趋势

3.1 系统集成发展趋势

（1）掘锚机的快速掘进系统。掘锚机的快速掘进系统主要应用在地质条件较为稳定的矿井工作区域，掘锚机主要是由履带式破碎转载机、可弯曲带式转载机以及除尘系统构成。掘锚机的快速掘进系统具体操作流程为，在掘锚机割煤操作流程达成后由履带式破碎转载机将矿料送至可弯曲带式转载机，经由可弯曲带式转载机送至矿料的装载机。掘锚机的快速掘进系统现阶段已经应用在神东公司的煤矿开采中，在神东矿区取得了最高月进尺3273m 的骄人成绩。

（2）悬臂式掘进机的快速掘进系统。悬臂式掘进机的快速掘进系统能够应用在多种恶劣地质条件下的巷道挖掘作业中，借助作业优势帮助其掘进断面不会受到地质条件的影响。悬臂式掘进机的快速掘进系统主要由运锚机、带式转载机以及配套带式转载机构成。悬臂式掘进机的快速掘进系统的工作流程为悬臂式掘进机割煤操作流程达成后由运锚机将矿料运至带式转载机，经由带式转载机后将其运至配套带式转载机。

（3）悬臂式掘进机与超前支护快速掘进相结合。悬臂式掘进机与超前支护快速掘进相结合的系统适用于多种地质条件，能够在矩形巷道进行掘进，也能在拱形断面巷道进行掘进。该组合系统主要由于超前临时支护支架、掘进机装运系统、运锚机、带式转载机、自移机尾组成。其具体工作流程为在悬臂式掘进机割煤操作流程达成后由掘进机装运系统将矿料运至运锚机，经由运锚机转运到带式转载机，经过带式转载机将矿料运送至自移机尾。

3.2 智能化发展趋势

煤矿装备技术的向智能化发展是装备技术的必然发展趋势，由于传统煤矿装备技术的工作效率不高，操作工人的劳动强度较大，导致煤矿生产的安全不能得到保证，世界各国现阶段都在加强研究煤矿装备技术的智能化发展，其中传感器技术、故障诊断技术以及通讯技术已经应用在掘进机设备上，让掘进机不仅具有传统的职能，还增添了地质条件识别功能、远程通讯功能以及故障自动诊断的功能。我国自“十一五”之后，许多高校以及研究单位都在研究掘进装备智能化，虽然我国现阶段掘进设备装备智能化研究仍旧处于起步发展阶段，但这也意味着我国掘进设备装备智能化研究发展的潜力巨大。