煤礦巷道掘進技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

張文玉

黑龍江龍煤礦業(yè)集團有限責(zé)任公司雙鴨山分公司東榮一礦 155100

煤礦巷道掘進技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

張文玉

黑龍江龍煤礦業(yè)集團有限責(zé)任公司雙鴨山分公司東榮一礦 155100

在煤礦開采過程中，巷道掘進是非常重要的環(huán)節(jié)。所以，在煤礦生產(chǎn)中，巷道掘進技術(shù)占據(jù)著重要的地位。本文通過分析掘進設(shè)備的技術(shù)特點和目前掘進技術(shù)的現(xiàn)狀，對如何使礦井的掘進技術(shù)水平提升，并如何加強技術(shù)人員的專業(yè)素養(yǎng)進行了探討。

掘進技術(shù)；礦山巷道；現(xiàn)狀；發(fā)展

我國煤炭開采以井工為主，煤礦巷道掘進與支護工程量浩大。2001年原國有重點煤礦掘進總進尺高達5045km，其中煤巷約4480km，占88．8%；全國256個綜采工作面年耗回采巷道820km，其中綜掘總進尺達650km。綜掘仍是高產(chǎn)高效礦井回采巷道掘進的主要技術(shù)方法。我國已研制開發(fā)和引進使用了近20種懸臂式掘進機。

近年來，我國成功地開發(fā)和推廣使用了煤巷錨桿支護技術(shù)，使巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)性能測試技術(shù)、煤巷錨桿支護設(shè)計技術(shù)、施工機具、支護材料均得到快速發(fā)展。隨著綜采生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，百萬噸綜采工作面屢見不鮮，并已出現(xiàn)年產(chǎn)1000萬t以上的全自動化綜采工作面，使年耗回采巷道量大幅增加，從而使煤巷掘進與支護正在成為煤礦高效安全集約化生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸，是當前煤炭工業(yè)亟需研究開發(fā)的重大共性關(guān)鍵性技術(shù)。

一、巷道掘進技術(shù)

1．煤巷綜合機械化掘進

煤巷綜合機械化掘進由懸臂式掘進機、轉(zhuǎn)載機、可伸縮帶式輸送機(或刮板輸送機)、單體錨桿鉆機、通風(fēng)除塵設(shè)備及供電系統(tǒng)等設(shè)備組成。懸臂式掘進機是煤巷綜合機械化掘進的關(guān)鍵設(shè)備，掘進機的性能對于提高掘進工效和掘進進尺具有重要作用。懸臂式掘進機在我國重點煤礦已普遍使用，發(fā)揮了重要作用。但由于是單巷掘進，且采用單體錨桿進行錨桿支護，掘進和支護不能平行作業(yè)，影響了掘進速度的進一步提高。

2．大斷面煤巷連續(xù)采煤機高效掘進

連續(xù)采煤機是一種具有較大截割寬度的集落煤、裝運及行走為一體的綜合機械化掘采設(shè)備，在國外廣泛應(yīng)用于矩形斷面的雙巷或多巷快速掘進，以及短壁開采，已成為現(xiàn)代高產(chǎn)高效礦井的重要設(shè)備。我國引進連續(xù)采煤機始于1979年，迄今為止大體經(jīng)歷了單機和成套設(shè)備引進兩個階段。目前我國神東公司、晉城煤業(yè)、萬利公司、晉神公司、魯能集團、伊東公司伊泰公司等礦區(qū)使用連續(xù)采煤機近60余臺，用于大斷面煤巷的掘進和短壁開采。

二、錨桿支護

巷道支護技術(shù)的作用在于改善圍巖穩(wěn)定狀況和控制圍巖運動的發(fā)展速度、以維護安全的工作空間。圍巖是承受地壓的主要結(jié)構(gòu)、設(shè)置人工支護只是為了改善和提高圍巖自身支持能力。安全、合理、有效的巷道支護是保證礦井實現(xiàn)高產(chǎn)高效的必要條件。而煤巷支護的特點是：支護服務(wù)年限較短；因圍巖較松軟，并且受采動影響，地壓較大，因此要求支護具有較好的可縮性；要求原材料比較便宜，施工和維修比較容易。我國錨桿支護技術(shù)已形成了成套技術(shù)，包含：巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測試技術(shù)；錨桿支護動態(tài)信息設(shè)計；高強度錨桿支護資料、樹脂錨固劑、M型鋼帶及其軋制技術(shù)、特種錨桿與錨索支護技術(shù)；錨桿支護施工機具；錨桿支護監(jiān)測儀器與技術(shù)。

支架的形式

巷道支護的支架形式有：木支架、金屬支架、錨桿支護、錨噴支護和料石混凝土砌碹等。

1、錨桿支護作用原理

1．1 懸吊作用

懸吊理論認為：錨桿支護的作用是將巷道頂板較軟弱的巖層懸吊在上部堅硬穩(wěn)定巖層上。這樣就能控制和減弱巖層的下沉和離層、保持頂板的穩(wěn)定。

1．2 組合梁理論

組合梁理論認為：當頂板巖層中存在沒有穩(wěn)固巖層的若干薄層狀時、通過錨桿的支護作用將這些巖層鎖緊成一個較厚的巖層、由疊合梁變成組合梁、顯著提高了巖梁的抗彎曲能力并減小撓度。

1．3 壓縮(組合)拱作用

壓縮(組合)拱理論認為：在松軟圍巖中、各個錨桿形成的壓應(yīng)力圓錐體交錯重疊、形成一個連續(xù)的均勻壓縮(組合)拱。這個壓縮(組合)拱可承受其外部破碎巖石施加的徑向載荷。

三、懸臂式掘進機現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

（一）懸臂式掘進機現(xiàn)狀

目前，我國懸臂式掘進機的總體水平已接近國外同類機型，但與國外相比仍有不少的差距。今后我國進行技術(shù)攻關(guān)的目標是研制高可靠性的重型掘進機和研制具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的連續(xù)采煤機及掘錨機組。

經(jīng)過20多年的努力，目前我國已經(jīng)具有一定水平研究開發(fā)、生產(chǎn)制造掘進機的能力。已經(jīng)開發(fā)出了20多種型號的掘進機機型，截割功率在30～200kw之間，并已初步形成系列產(chǎn)品，基本滿足了國內(nèi)市場的需求，結(jié)束了我國煤礦掘進機一直依靠進口的局面。目前我國掘進機的主要代表機型是AM50、S100、ELMB-75型掘進機，其中AM50和S100型掘進機約占到國產(chǎn)機型的80%左右。

“八五”期間，我國又相繼開發(fā)出了3種重型掘進機，它們是EBJ-160、EBJ-160H和EBJ-132型掘進機，其中由煤炭科學(xué)研究總院太原分院開發(fā)的EBJ-160型掘進機獲國家科技進步二等獎，達到了20世紀90年代初國際先進水平。它的研制成功，標志著我國掘進機研究制造水平和綜掘機械化水平均邁上了新臺階。

（二）掘進機的發(fā)展趨勢

1）適用范圍不斷擴大。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，掘進機的適用范圍在不斷擴大，除繼續(xù)致力于完善截割煤的功效外，同時還努力提高有效截割巖石硬度的能力；掘進機的掘進斷面也在逐步擴大，最大達到30～40m2；適應(yīng)坡度達到16～18°。為了提高掘進機的適用范圍和通用性，機器高度降到了1．5m左右，從而也提高了機器的截割穩(wěn)定性；隨著截割巖石硬度的提高，掘進機向大截割功率、重型、超重型方向發(fā)展，與此相適應(yīng)的耐磨、低耗、高強度截齒的性能也逐步提高。據(jù)資料介紹，有的重型掘進機重達80～100t，截割功率達350kw，截齒的硬質(zhì)合金最大直徑達30mm，有效截割巖石的抗壓強度達到100Mpa以上。

2）工作可靠性不斷提高。機器的可靠性是其進行高效作業(yè)的根本保證。因此，掘進機各部分的結(jié)構(gòu)型式、傳動方式、使用材質(zhì)等都要建立在實踐驗證的基礎(chǔ)上。現(xiàn)有機型的截割機構(gòu)一直沿用電動機——減速器的傳動方式，元件的選型遵循著擇優(yōu)的原則，機器加工多在專業(yè)廠家加工制造。齒輪傳動箱按標準進行例行試驗。液壓元件的工作壓力，考慮到煤礦作業(yè)的特殊性，實行降壓使用，工作壓力僅為元件額定壓力的一半以下，多控制在14～20Mpa。電控元件要經(jīng)過嚴格篩選，控制系統(tǒng)廣泛采用了PLC技術(shù)，電控設(shè)備隔爆、本質(zhì)安全性能及型式檢驗手段不斷完善，確保使用的安全性。

3）開發(fā)煤巷快速掘進設(shè)備。在許多國家，高效掘進中多配套錨桿支護技術(shù)，從而簡化支護工作，提高掘進速度，降低支護成本。在煤巷掘進中試驗應(yīng)用截割、支護平行作業(yè)方式，采掘錨聯(lián)合機組已在澳大利亞、英國等國家使用，實際應(yīng)用效果較好。

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