综合掘进技术在煤巷快速掘进应用研究

中图分类号：TD82 文献标识码：A文章编号：41-1413（2012）03-0000-01

摘要：本文阐述了我国高产高效矿井建设过程中，广泛应用锚杆支护，并在有条件的矿井使用掘进机，实现煤巷、半煤巷快速掘进。

关键词：综合机械化掘进；锚杆支护；连续采煤机

一、前言

我国高产高效矿井建设过程中，随着综采技术水平的提高，采煤工艺的发展，单产、效率和综采机械化程度等指标逐年提高，采煤工作面数目大幅度减少，实现了增产靠增人、增面到增产、减人、减面的转变，步入了良性发展的道路。高产高效矿井的主要特点是一矿（井）一面或两面，工作面生产效率高，生产能力大，一般日产量为1～2万t。要求：①以大功率、高可靠性长壁综采生产技术为核心，提高工作面单产，减少回采面数目，简化巷道布置，减少生产环节，实现高效集约化生产；②改革矿井巷道布置、巷道掘进支护，改革矿井提升和运输系统，扩大采区（盘区）尺寸，增加工作面推进长度，加大巷道的有效断面，以实现综采工作面的连续、高效生产；③大力采用煤巷综合机械化掘进技术，加快煤巷掘进速度，以适应高产高效工作面快速推进的需要；④改进和发展煤巷锚杆支护技术，解决长距离、大断面煤巷合理支护问题，便于实现高产高效工作面连续、安全生产。其中，采用综合机械化掘进技术，是实现煤巷快速掘进的主要途径。所以要适应工作面快速推进的需要，就必须发展综掘技术，广泛应用锚杆和锚网支护，在有条件的矿井实现掘锚一体化，以及推广应用采煤机，实现煤巷快速掘进。

二、综合机械化掘进技术

综合机械化掘进技术是由掘进机、输送机等组成的综合性配套技术，在一条用掘进机掘的巷道内，将测量定向、掘进、运煤、通风、除尘、材料运输、巷道支护、供水、供电、排水系统等设备配套成龙，形成一条效率高、相互配合、连续均衡生产的、完整的掘进系统，可以实现巷道掘进、转载、运输、支护机械化作业，从而提高掘进速度和经济效益。

三、实现煤巷快速掘进的5个环节

采用综合机械化掘进技术，实现煤巷快速掘进，必须抓好以下5个环节：

(一)选用性能优良的掘进机，进一步提高设备可靠性

掘进机是实现煤巷快速掘进的关键设备。巷道掘进效率及其经济效益的提高取决于选择适应工作状况和条件的掘进机。掘进设备的工作对象是煤岩及部分矿物，工作时振动冲击大，加之井下环境恶劣，因此要根据使用条件进行选择，要求掘进设备必须保持标准是5万h。通过引进和国产化工作，我国掘进机的制造水平和使用已迈上了新台阶，开始了我

国掘进机技术的自主发展。目前国内使用的中型机以EBH120、E-BJI20TP为代表，其截割功率为100―120kW，机重25～30t;重型机以E-B2160、EB2200为代表，其截割功率为160―200kW，机重40―58t，已初步形成系列，基本满足国内市场的需要。国产掘进机在液压、电气、元件的选用上，必须严格筛选，严把质量关，对部分国内产品难以过关的关键元器件应当选用先进国家的产品。在齿轮传动装置及机械连接装置方面，尽量减少串联系统，采用独立部件或组件。在有条件的地方以嵌装式结构代替螺栓组结构，采用模块组装方式，既可简化结构，便于机械的拆装检修，又可大大提高设备可靠性。最终达到机器稳定性好，截割效率高，操作、维修方便，运行安全可靠的目的。

(二)采用现代化测控技术，提高机电一体化的程度

①是掘进机操作实现自动控制，包括推进方向监控、切割电机功率自控调节、切割断面轮廓尺寸监控等；②实现掘进机工况监测和故障诊断，包括供电电压测控、电机负荷和温度、液压系统油压、油温及污染等监测。通过采用现代测控技术，对掘进机的工况监测、故障诊断和离机控制系统加以改进和完善，实现机电一体化，可以最大限度地提高掘进机的使用效果，有利于改进和完善煤巷快速掘进技术。

(三)推广锚杆支护，改进运输方式，提高设备综合配套能力

煤巷掘进效率低、机械不能充分发挥作用，在很大程度上与配套能力低、配套不完善有关。巷道掘进系统中的主要配套环节多、包括支护、运输、供电、供水、通风、降尘等，要提高煤巷掘进效率、充分发挥机械化作用，必须提高设备综合配套能力，使之进一步完善。特别是支护和运输工作量大，占用时间多，必须解决好这两个关键环节，才能充分发挥综掘

设备的潜力。在缩短支护时间方面，根据地质条件，尽量采用锚杆支护，提高巷道支护效果，减轻工人劳动强度，加快成巷掘进速度。施工时采用机载锚杆钻机打孔和安装锚杆，减少传统锚杆支护的多道施工工序，改变掘进机割煤与锚杆钻孔安装不平衡的现象。减少锚杆有效作业时间和掘进工作面作业人员，减少单位面积锚杆根数，从而减少锚杆施工工作量，同时采用先进的锚杆施工机具，大幅度提高成巷速度。对于使用锚杆钻机的巷道，掘进和钻锚不能平行作业，应当及时快速安设临时支架，并采用小孔径强力钻头和高强度钻杆，提高钻进速度，选用螺旋式锚杆钻机，建立快速安装系统，用锚杆机一次完成钻孔、搅拌树脂药卷和拧紧螺母等工序，尽量缩短钻锚时间。在降尘方面，可采用高压水外喷雾降尘新技术，在掘进机安装1台小型增压水泵，还可在掘进上安装长筒式负压2次降尘装置，从而净化综掘断面空气。在减少辅助运输工作量方面，尽量采用锚杆支护，避免使用金属棚支护，以减少材料运输工作量。改进辅助运输方式，提高运输效率。在煤岩运输环节上，采用连续运输方式。在转载环节上，完善转载机的功能，开发研究自移式转载机，以节省转载时间，提高运输转载效率。

(四)有条件的矿井采用掘锚机，实现掘锚一体化

在悬臂掘进机上加装液压锚杆钻机的技术，由于掘进机载锚杆机体积偏大，加之在采用W钢带时需要定位钻孔，难度较大，目前未能在国内推广，需进一步成熟完善。采用掘进机掘进，单体锚杆机钻装锚杆，不能实现现掘进与支护平行作业。掘锚机组的问世，很好地解决了掘进工作面长期未能解决的掘进和支护平行作业问题，是对煤巷快速掘进技术的飞跃性突破，为加快掘进开辟了新的途径。ABM20型掘锚机是掘锚机组的典型代表，截割功率270kW，总重约80t，是一种专门用于煤层内快速掘进和锚杆支护的设备，其装备有长截割滚筒，最多可装4台顶板锚杆机和2台侧帮锚杆机，具有掘进与打锚杆同时作业的特点，可以完成切割落煤和锚杆支护的一次性联合作业，加快掘进成巷速度，月进尺可达千米以上，比一般掘进机的效率大幅度提高。在截割滚筒后布置有顶板支架，使操作人员具有安全的工作环境，截割速度低，减少粉尘产生，有机载高压喷雾降尘系统，掏槽、截割靠滑动机架液压推力，履带行走机构原地不动，提高了设备的稳定性，锚杆到工作面距离近，采用PLC控制所有设备功能，包括掏槽和截割在现代化的大型高产高效矿井中，它是一种理想的快速掘进设备。

(五)在条件适宜的矿井中，推广应用连续采煤机

在美国、澳大利亚、南非等主要采煤国家，连续采煤机已经得到了广泛的应用。我国神华集团上湾煤矿根据自身的特点引进连续采煤机及其后配套设备，在大采高综采工作面大断面顺槽双巷掘进中，实现了快速掘进，创造了月进3070m的世界纪录，取得了良好的经济效益。连续采煤机是现代化的掘进设备，配套运煤车、锚杆打眼机、铲车、转载破碎机等机械化装备，可用于煤巷多头掘进，具有速度快、用人少、效率高，配套简单，安全可靠，使用方便的优点。实践证明，连续采煤机掘进配合锚杆支护，是目前实现高产高效工作面巷道快速掘进成功的配套技术。

四、结论

我国高产高效矿井采用综合机械化掘进技术，提高了煤巷综掘机械化水平，实现了煤巷快速掘进。随着技术的更新进步，掘进机的发展方向有：①重型化，机重在100t以上、可切割岩石硬度f=10―15，截割功率200～450kW;②掘锚一体化，在掘进机上装备有锚杆钻机，超前临时支护装置等，以提高工作效率；③实现自动控制及远程遥控，最终实现不经常有人的自动化掘进工作面。在煤巷锚杆支护技术方面，主要是积极开展巷道围岩地质力学测试，研究与推广煤巷锚杆支护设计方法，制定锚杆支护材料系列及相应标准，完善锚杆支护施工机具，提高锚杆施工质量检测与监测技术，从而扩大煤巷锚杆使用范围，达到提高煤巷快速掘进水平、促进高产高效矿井建设的目的。