煤矿巷道快速掘进技术及快速掘进装备发展现状研究

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（山西西山煤电股份有限公司西曲矿 山西 030200）

当前国内煤矿开采行业不断发展，采矿技术水平不断提升，但因快速掘进技术与设备发展速度缓慢，导致许多企业出现采掘失调情况，严重影响发展效率。对于快速掘进技术来说，主要存在机械化程度低、智能技术缺失、机组一体化效果不佳等问题，急需加强设备与技术的全面创新，引导该技术朝着集成化、智能化等方向发展，在提高开采与掘进效率的同时，节约更多的经济成本。

1.煤矿巷道快速掘进技术发展现状

当前，国内煤矿普遍采用悬臂式掘进与单体锚杆钻机联合掘进技术，但并不能看成是成熟的联合掘进。在设备方面，单纯采用运煤、裁割等机械化作业，在巷道支护、供水、供电、材料运输等环节，仍然利用人工作业；在工艺层面，掘、锚工序在掘进迎头有限空间中交叉作业，使施工效率与安全受到极大影响。在巷道掘进技术发展中，在智能化、机械化、一体化等层面仍然存在不足，导致发展现状不够乐观，具体如下。

（1）机械化程度低。当前大部分煤矿企业采用悬臂式掘进作业线，主要依靠单体锚钻机、悬臂掘进机、带式输送机等设备。在掘进工序中，只对裁割、运煤等个别工序实现了机械化作业，剩余工序均由人工完成。同时，不同工序相互分散，需要投入大量准备时间，掘进系统性较弱，机械化程度较低，无法称得上成熟完善的联合掘进。

（2）智能技术缺失。近年来，我国加强对悬臂式掘进技术的研究，陆续研制出离机遥控、断面监控等技术，但在故障自动诊断、自动定位、记忆裁割等核心科技方面仍存在技术断层，导致掘进设备自动化水平较低，智能化不足。巷道掘进属于系统性工程，从裁割到巷道完工需要经历多个流程，一些年限较长的巷道还要实施喷浆支护，只有将上述工序全部整合起来，才能形成一条高效、配合有序、可持续生产的掘进系统，提高掘进速度，取得良好的经济效益。

（3）掘锚机组一体化效果不佳。从传统层面来看，作业线的存在为掘进工艺带来诸多不便，因此掘进机组一体化有助于实现掘进、运输、锚杆支护等平行操作。因机组一体化可采用相同设备实现采矿一系列工作，因此在开采环境中得到广泛应用。但在实际应用中，一体化的应用效果不佳，在许多矿井施工中难以取得理想的施工效果。究其原因，机组一体化实际上并未彻底解决完全平行作业问题，受外界因素干扰仍然较大。因机组一体化单纯适用于煤巷掘进，导致后续维护成本增加，一体化设备体积庞大，不但导致整体工作面通道面积缩减，当遇到底板不稳固区域时还容易陷入其中，需要投入诸多人力与时间才可将其挖出。同时，一体化设备调试周期较长，设备占地面积大，在支护时作业者站位受限，危及人身安全。

2.快速掘进技术的实际应用

（1）项目简介。以G煤矿企业开采项目为例，采场主要是深度为-900—-1000m的区域，且受高地温、高地压、地质条件复杂等因素影响较大，巷道掘进效率较低，生产接续十分紧张。对于上述问题，相关管理者通过综合分析后，决定对掘进设备、技术进行优化升级，使巷道在安全范围内能够快速掘进，确保矿井科学有序生产。

（2）装备与系统创新。要想提高巷道掘进效率，必须采取机械化施工模式，走智能科技化道路。近年来，该企业积极采取措施，致力于发展掘进机械化，促进装备与机械化管理的全面升级，具体措施如下。

①掘进装备创新。第一阶段，采用炮掘耙装机出煤，放炮落煤，将型号为30B耙装机与型号为PD150皮带机结合起来，各个生产班只可采用一个循环掘进作业，生产效率较低，容易出现安全事故；第二阶段，采用炮掘装煤机出煤，利用放炮落煤，将型号为ZMC-60的装煤机与型号为PD150的皮带机结合起来，各个生产班组均可实现两个循环掘进作业，使效率有所提升，作业环境得到改善，安全事故得到控制；第三阶段是采用联合机械化掘进，在条件适宜的基础上，采用大功率的EBZ-230掘进机，该设备稳定性强，与上文提到的掘进设备相比，单进水平显著提升。

②在掘进机械化方面，该企业主要采用以下措施。首先，现有掘进头禁止人为擅自改变为炮掘进，优先使用机械化作业的掘进面，如若实在无法实现，才可采用炮掘；其次，加强综合掘进设备的维修，检修机构维修后，在正式投入使用之前应签订质量保障协议，3个月内不会因检修质量低下而出现故障，如若发生故障影响生产，则由检修单位承担损失，并追究检修者的责任。最后，为确保综合掘进设备各零件的正常应用，应由供应部门亲临一线，充分掌握综掘设备的应用情况，对容易破损的部件进行归类，合理储备，确保供应，有效解决煤矿开采机构的后顾之忧，对于因缺少配件而阻碍生产的情况，追究相关部门责任。通过上述装备与管理的创新，使掘进设备得到更新换代，生产工艺优化创新，巷道单进水平得到显著提升。

③外围排矸系统优化。矿区17#煤运输上山开拓掘进，根据现场实际情况，快速创建排矸作业线，具体措施如下：一方面，完善矸流系统。在掘进巷道中安装跟窝皮带，型号选择为PD150，机头卸载滚筒与储矸仓相对，机尾在迎头耙桩基处下方，将迎头掘进的矸石运输到外界，节约更多矸石在掘进面的堆积时间，使工作面的掘进施工空间扩大。矸石在采场外装车、迎头放炮掘进等方面尽量平行作业，使工序间的衔接关系得到优化。掘进迎头选取型号为60B的耙装机，对迎头矸石进行清理，将其与型号为PD150的皮带机耦合起来，使矸石顺利运输出去，与以往掘进排矸相比，效率可增加一倍以上；另一方面，选择恰当的储藏岩仓。沿用采区内现有的煤仓当作储藏岩仓，用于存储迎头运输出来的矸石，并将工作面后移，为迎头快速支护提供便利。该仓可容纳400m3的材料，存储5天的矸石，即便在矿车运转不畅的情况下，仍可确保巷道连续5天的正常运行。在仓的下方为采取运输石门，利用电机车牵引排矸，便可构成一条快速顺畅的矸石运输线。

（3）优化效果。通过采用上述方式对掘进装备与系统进行优化后，巷道单进1200m后，发现装置应用效果良好，煤流系统可正常运转，优化效果如下。

①在采区域回风巷口间构建煤流系统，无消防隐患产生，且系统运行简洁顺畅；

②在作业面外口与进回风巷之间无需设置施工交叉点，可减少大约100m岩巷作业量，减少150万元的成本投入，工期缩短60天；

③与以往采区溜煤相比，该装置较为简单，投资成本只有500元，且运行可靠，能够与现场操作要求相符合，不但可节约设备与煤仓投入量，还可减少大量掘进人工费用。据统计，采用优化后的系统经济效益良好，与采掘作业相比，可提前60天成面，有效缓解生产接续，各项投资共计节约200万元左右。

3.快速掘进技术未来发展方向

（1）系统集成化。综掘式快掘系统可用于多种地质条件下的巷道掘进中，且断面不受限制。系统包括带式转载机、运锚机、动力站等内容。系统集成化主要体现在快速掘进系统与悬臂式掘进机联合应用，也是未来快速掘进技术的主要发展方向。该设备适用于各种地质条件，主要流程为：悬臂式割煤完毕后，超前临时支护支架进行顶板支护，通过该系统采集转运到运锚机中，再利用带式转载机运送到后方配套的转载机中，便可实现迎头地质异常体的探测。在掘进机截割过程中，运锚机通过自带钻臂系统的同时，还可实现巷道锚杆支护，实现掘锚的平行作业目标。将巷道掘进作为系统工程进行研究，对相关工艺模式进行改进，与此同时探索与之匹配的一体化掘进模式，通过成熟完善的装备，实现支护、掘进与运输的平行作业，为矿井支护、巷道掘进、供电、给排水等提供科学可行的解决方案，形成适用于多个煤层的煤巷、岩巷快速掘进模式。

（2）智能化。从整体趋势上看，煤矿装备智能化发展已经成为大势所趋，因以往煤矿装备工作效率较低，操作人员劳动强度较大，使生产安全无法得到切实保障。当前，世界各国都在加强煤矿装备技术智能化的研究，如故障自动诊断、传感器技术、通讯技术等等，使掘进设备不但具有传统职能，还增加了地质条件识别、远程通讯、故障诊断等功能。我国在“十三五”之后，各大院校与科研单位均开始强化掘进设备智能化研究，尽管当前仍处于起步阶段，但也充分说明我国在该领域研究方面拥有巨大潜力。当前国外研究主要为煤岩识别技术、故障诊断、通讯技术等方面，技术人员利用红外摄像、裁割机械振动特性，通过数据分析识别煤岩边界，根据理论分析获取精准结果。通过可靠的机载网络设备与无线传感器等，对设备振动、温度、油液渗漏等进行监测，同时创建可视化故障诊断系统，支持多种形式的监控。以ADRIS项目为例，科研人员重点对煤岩分界技术展开研究，基于现有研究基础，将激光扫描技术引入其中，根据试验可知，激光扫描为二进制模式，与红外摄影机图片后处理相比更加方便快捷。

4.结论

综上所述，近年来，我国采矿行业飞速发展，工作面单产不断提升，采掘关系日益紧张，甚至出现失衡情况。与采煤技术与装备相比，掘进工作面的技术与装备发展较为缓慢，在机械化、智能与与一体化方面存在诸多不足。对此，为了适应复杂的地质条件，应通过掘进装备创新、外围排矸系统优化等方式实现掘进设备与系统升级，为煤矿可持续发展、高效生产提供切实保障。