煤矿高效掘进技术的现状与发展趋势分析

鄂尔多斯市营盘壕煤炭有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017300

据统计数据表明，目前，我国90%以上的煤炭产量来自于井工开采，矿井的深度浅则几十米、几百米，深则像平顶山天安煤矿、山东唐口煤矿等大型煤矿的矿井深度已经超过1000m。随着开采深度的不断增加，井下煤岩巷道的开掘量也不断增大。在这一背景下，煤炭生产企业应着力创新井下掘进技术，进一步完善机械化掘进技术体系，在保证煤炭正常供应的前提下，为煤炭生产企业创造更多的经济效益与社会效益。

1 煤矿高效掘进技术现状

1.1 煤巷高效掘进技术现状

（1）综合机械化掘进技术。该技术所使用的机械设备包括悬臂式掘进机、转载机、可伸缩带式输送机、单体锚杆钻机以及井下通风除尘设备。综合机械化掘进技术经过半个多世纪的发展与演变，机械设备的各项性能指标趋于稳定，掘进作业效率大幅提升。其中，悬臂式掘进机的主要性能指标如表1所示。从表1中可以看出，AM50和S-100型悬臂式掘进机自重量轻、功率小、安全稳定性低，适用范围具有一定的局限性。而EBJ-120TP型掘进机采用无支重轮履带行走机构与履带导向轮黄油缸张紧装置，行走机构稳定性较高。液压系统中设置了自动加油装置，节省了大量油耗。尤其是该机型的电气系统首次引入了PLC技术，PLC取代了传统的继电器，使掘进机械具备了自动化故障诊断功能，进而延长了机械设备的使用寿命[1]。

表1 悬臂式掘进机的主要性能指标

随着科技水平的逐年提升，国产掘进机的市场份额也不断扩大，年进尺已经超过8000m，例如国内某大型煤矿在应用EBJ-120TP型掘进机型时，月进尺达到905m，因此综合机械化掘进技术在井下巷道掘进工序中被普遍推广应用。但是，由于该掘进工艺只能进行单巷掘进作业，支护类型属于单体锚杆支护，因此在作业时，无法同步进行掘进与支护，给作业生产效率造成了不利影响。

（2）连续采煤机高效掘进技术。该掘进技术适用于作业面宽度较大的井下巷道，例如在矩形断面的双巷道或者多巷道中被广泛使用。其工作面运输方式主要包括间断式运输和连续性运输。间断式运输所配置的机械设备包括连续采煤机、运煤车、锚杆钻车、胶带输送机等。连续性运输所配置的机械设备包括连续采煤机、锚杆钻车、铲车、胶带输送机等。该技术的主要工作原理是锚杆钻车处于回风巷道时，进行锚杆支护施工，当采煤机完成一个完整的工作循环工序后，与锚杆钻车互换位置，并在两条巷道间隔50m的位置掘出一条联络巷道。国内某大型煤矿在应用连续采煤机掘进技术时，月度最高进尺数达到7802m，几乎是综合机械化掘进技术掘进尺数的10倍。

（3）掘锚一体化掘进技术。掘锚一体化掘进技术是基于综合机械化与连续采煤机掘进技术而发展起来的一种新型的井下巷道掘进技术。该技术的最大应用优势在于使用同一台掘进设备可同时完成掘进与支护作业。目前，国内许多大型煤矿相继引进了该项技术，掘锚一体化掘进技术采用的掘锚机组主要包括两种，一种是以悬臂式掘进机与机载锚杆机相结合的掘锚机，另一种是以连续采煤机为主的掘锚机组。按照井下掘进作业方式划分，包括掘锚一体化作业的机组和先截割后支护的机组。目前，我国在用的掘锚一体化作业机组的代表机型是ABM20，而先截割后支护的代表机型是12CM15-15DDVG。ABM20掘锚机组可以同时进行截割作业与锚杆安装作业，这样可以大幅度提升割煤速度。在实际作业中，机组的行走机构带动整个机组和锚杆机同时行进，并反复掘进作业。在ABM20掘锚机组试验阶段，月度进尺数能够突破900m大关。12CM15-15DDVG掘锚机组则适用于巷道断面为矩形的掘进作业中，在掘进作业时，当顶煤厚度超过500mm以上时，循环进尺数能够达到12m，月度掘进进尺数将超过1200m。但是，与悬臂式掘进机以及连续采煤机相比，掘锚机组体积庞大，对井下作业面的空间要求较高，如果巷道狭窄，掘锚机组则难以进行掘进作业[2]。

1.2 半煤岩巷高效掘进技术

在井下巷道断面中，如果煤层占比大于20%而小于80%时，该巷道被称为半煤岩巷，在我国现有的煤矿中，半煤岩巷类型的矿井占据较大比例。在半煤岩巷开采过程中，机械设备类型主要以中型和重型机为主，且截割功率需要达到120kW以上，机械自重量达到35t以上。目前，半煤岩巷掘进机多以EBJ-120TP型、EBZ160TY型以及S150J型为主，在井下掘进作业中，这三种机型的使用量占据所有掘进机型的80%以上的份额。

以EBJ-120TP型掘进机为例，该机型的截齿单刀作用力达到4500N以上，当岩层硬度等级为6～8时，EBJ-120TP型掘进机能够快速完成破岩工序。当掘进井下岩层时，掘进机的掘进阻力不断增大，为了延长截齿的使用寿命，应降低截割速度，并提高截割单刀作用力。为了便于调速，尽量选择双速截割电机的掘进机型，以EBZ160TY型掘进机为例，该机型不但易于调速，而且在降低或者升高速度时，其电机功率始终保持不变，在低速运转时，单刀作用力增大近一倍，从而大幅度提升生产作业效率。例如国内某大型煤矿，其井下地质结构属于含硬硫化铁结核的半煤岩巷，其硫化铁结核的硬度系数达到12以上，煤层的平均厚度在1m左右，而且底板位置的铝质泥岩厚度平均值达到1.0m，这种泥岩层松软易膨胀，掘进难度较大。针对这种类型的半煤岩巷，应对薄煤层半煤岩巷的掘进工艺进行创新改良，故该煤矿选用了EBJ-120TP型掘进机进行掘进作业，月进尺数达到605m，同时由于作业全过程机械化程度较高，因此减轻了井下工人的作业强度，而且也节省了大量作业成本。

1.3 岩巷高效掘进技术

岩巷是指井下巷道断面中，岩层占据80%以上的比例，岩巷分布的岩石层较多，而原煤数量较少，一般作为通风与采煤通道用途。由于岩石层硬度系数大，如果仅借助掘进机进行破岩作业，不仅作业效率低，而且机械寿命将大幅缩减。因此，我国多数煤矿在岩巷掘进作业中，依然以钻爆技术为主。目前，国内煤矿使用频率较高的岩巷掘进技术以铲斗式装岩机作业线为主，但是，相比于全液压钻车配侧卸装机作业线，该技术掘进尺数少，作业效率相对较低[3]。下面着重对全液压钻车配侧卸装岩巷高效掘进技术进行阐述。以CMJ17履带式全液压钻车配ZC-3履带式侧卸装岩机为例，该作业线采用双臂凿岩的方式，两侧悬臂同时进行掘进作业，破岩速度达到0.8～2.0m/min，由于该作业线安装了凿岩机自动返回与防卡钎装置，因此作业安全系数高，便于作业人员操作。这一掘进系统机身体积较小，重心偏低，并且具有较强的爬坡能力。另外，由于井下作业条件恶劣，机械噪声较大，而该作业线在掘进作业时，噪声值完全符合井下作业规定的噪声标准，由此可见，利用该技术能够有效改善井下作业环境。

2 煤矿高效掘进技术的发展趋势

（1）掘锚一体化技术的优化与改进。由于掘锚一体化技术适用范围广，支护效果好，并且能够同时同步进行掘进与支护，因此该技术将成为井下掘进作业过程中的主流技术。近年来，世界各国积极对掘锚一体化技术进行优化和改进，并在截割与装运机构方面大做文章。例如以12CM15-15DDVG掘锚机组为例，该机组的总功率达到586kW，机组总重为65t，截割高度最大值达到4.6m。采用这种新型机组，成巷速度提高65%以上，月度进尺数也超过1200m。

（2）多种配套设备相结合的高效掘进技术。防尘减噪始终是井下掘进作业中的两大关键要素，如果除尘效果欠佳，不仅影响掘进作业效率，还容易给作业人员的身体健康带来负面影响。现有的井下除尘方式以喷雾除尘为主，这种方式除尘效率的最高值只能达到70%左右。因此，在提升掘进作业效率的同时，应在掘进系统中安装高效除尘系统。另外，由于井下地质条件复杂，掘进作业中随时会出现不安全因素，因此为了构建一个全方位、立体化的井下监视系统，可以结合三维可视化技术，对井下作业环境进行实时监测，确保作业安全。由此可见，基于我国的地质结构形态，多种配套设备相结合的高效掘进技术将引领煤矿开采的未来发展方向。

3 结束语

综上所述，关于煤巷、半岩巷、岩巷掘进技术的选择，首先，应考虑我国煤矿的地质结构与煤层分布情况，合理选择掘进技术。其次，在实际作业中，技术人员应不断积累实际工作经验，并不断对掘进技术进行创新。最后，应始终保持谦逊的态度，积极学习和借鉴成功的技术经验，为我国的国民经济增长注入源源不断的内动力。