煤礦巷道快速掘進技術及快速掘進裝備發展現狀研究

劉亞志，毛文勤，張帆，陳偉

（陜西延長石油集團橫山魏墻煤業有限公司，陜西 榆林 719100）

現階段，我國的煤炭開采技術主要以井工開采為主，隨著我國煤礦開采裝備科技程度的發展，煤礦開采的效率與質量也在大幅度提升。但我國煤巷掘進技術水平相對較低，且煤礦巷道的快速掘進設備相對滯后，導致國內煤炭企業存在煤礦采掘比例適失調，掘進速度較低的情況，導致礦井開采的時間周期大大增加，礦井開采的經濟成本增高。因此，完善煤巷快速掘進技術與裝備已成為目前國內重要的研究課題。

1 煤巷快速掘進技術現狀

目前，國內井工煤礦企業的快速掘進技術主要分為三種工藝。

（1）懸臂式掘進機與單體錨桿鉆機配套作業線。目前，我國煤礦普遍采用該掘進工藝，適用于單巷掘進，適應范圍廣。

（2）連續采煤機與錨桿鉆車配套作業線。該掘進工藝主要應用在矩形斷面煤巷的雙巷或是多巷，也廣泛應用在邊角煤開采以煤柱回收中，是現階段礦井高效產出的主要掘進設備。該掘進工藝在神東礦區中得到了廣泛引用，同時還取得了最高月進尺3273 米的成績。該掘進工藝應用在單巷掘進中，能夠有效提升煤礦挖掘的支護效率。具體掘進工藝如圖1 所示。

（3）掘錨機組一體化。傳統性質下的作業線給掘進工藝帶來了極大的不便，因此實現掘錨機組一體化能夠有效實現掘進、裝運以及錨桿支護的平行作業，由于掘錨機組一體化能夠使用一臺設備實現采煤系列環節，因此，在國外的煤礦開采環節中得到了大規模的應用，掘錨機組施工如圖2 所示。

圖1 連續采煤機與錨桿鉆車配套作業線路圖

圖2 掘錨一體機作業配套線路圖

2 存在的問題

（1）懸臂式掘進機機械化掘進作業線存在的問題。懸臂式掘進機機械化掘進作業線并不是真正意義上的綜合機械化掘進技術，由于其掘進科學系統水平不高，而且機械化能力較低，導致懸臂式掘進機機械化掘進作業線在實際的掘進工序中，僅僅實現了截割以及運煤的掘進作業，許多掘進工序仍舊需要人工進行作業，由于這些工序分散，需要大量的準備時間。同時，掘、錨工序在掘進迎頭有限空間交替作業，也嚴重影響了施工效率和作業的安全性。

（2）連續采煤機與錨桿鉆車配套作業線存在的問題。連續采煤機與錨桿鉆車配套作業線主要是通過連續采煤機與錨桿鉆車來完成掘進工序作業的，因此，當連續采煤機完成一定長度的作業之后，必須調動至另一個巷道進行作業，只有這樣，錨桿鉆車才能進入連續采煤機作業的巷道進行錨桿支護作業，而這樣的作業方式給煤礦采煤技術帶來一系列的作業問題，具體問題如下。

第一，連續采煤機與錨桿鉆車在進行交叉作業時要同時挖掘兩條以上的巷道，因此，連續采煤機與錨桿鉆車配套作業線只能應用在雙巷以及多巷的采煤工序作業中。

第二，連續采煤機與錨桿鉆車在進行交叉作業時，由于轉移采煤機的工作需要用到大量的調動時間，這大大影響到了連續采煤機與錨桿鉆車的掘進工作效率。

第三，為了保證連續采煤機與錨桿鉆車配套作業線開機率的經濟合理性，就要保證連續采煤機的截深以及巷道頂板的穩定性。由于連續采煤機與錨桿鉆車配套作業線在掘進過程中需要多次調動掘進設備，因此，需要保證巷道底板的穩定安全性，也因此限制了采煤機與錨桿鉆車配套作業線的應用范圍。

第四，連續采煤機與錨桿鉆車配套作業線的掘進工序復雜，系統操作煩瑣，導致對于設備的投資力度加大。

第五，連續采煤機與錨桿鉆車配套作業線由于其工藝系統較為反瑣，因此，需要保證作業線操作員工的專業程度和熟練程度達到作業線操作的標準，而作業線操作標準較為嚴格導致連續采煤機與錨桿鉆車配套作業線范圍受到制約。

（3）掘錨機組一體化存在的問題。從掘錨機組一體化的實際應用過程來看，掘錨機組一體化在實際應用過程中并未取得較好的應用效果，掘錨機組一體化在地質條件較好的地區能夠達到應用效果，但在許多礦井區域的施工中仍舊無法取得令人滿意的施工建站。而導致這種問題產生的原因是由于掘錨機組一體化仍舊無法完全解決掘錨機組一體化的完全平行作業問題，而掘錨機組一體化以及外界因素干擾的問題也沒有得到有效解決。由于掘錨機組一體化只適用于煤巷掘進，導致其后期的維護成本較高，掘錨機組一體化的設備體積龐大，不僅導致掘進工作面中的安全通道面積縮減，而且在遇到底板不穩固的區域時，極易陷入其中，工作人員需要耗費大量的時間將其挖掘出。同時，掘錨機組一體化設備的調試安裝周期較長，設備體積較大，操作人員進行支護作業時，操作人員的站位受到較大的阻礙，威脅到操作人員的安全。

3 發展趨勢

3.1 系統集成發展趨勢

（1）掘錨機的快速掘進系統。掘錨機的快速掘進系統主要應用在地質條件較為穩定的礦井工作區域，掘錨機主要是由履帶式破碎轉載機、可彎曲帶式轉載機以及除塵系統構成。掘錨機的快速掘進系統具體操作流程為，在掘錨機割煤操作流程達成后由履帶式破碎轉載機將礦料送至可彎曲帶式轉載機，經由可彎曲帶式轉載機送至礦料的裝載機。掘錨機的快速掘進系統現階段已經應用在神東公司的煤礦開采中，在神東礦區取得了最高月進尺3273m 的驕人成績。

（2）懸臂式掘進機的快速掘進系統。懸臂式掘進機的快速掘進系統能夠應用在多種惡劣地質條件下的巷道挖掘作業中，借助作業優勢幫助其掘進斷面不會受到地質條件的影響。懸臂式掘進機的快速掘進系統主要由運錨機、帶式轉載機以及配套帶式轉載機構成。懸臂式掘進機的快速掘進系統的工作流程為懸臂式掘進機割煤操作流程達成后由運錨機將礦料運至帶式轉載機，經由帶式轉載機后將其運至配套帶式轉載機。

（3）懸臂式掘進機與超前支護快速掘進相結合。懸臂式掘進機與超前支護快速掘進相結合的系統適用于多種地質條件，能夠在矩形巷道進行掘進，也能在拱形斷面巷道進行掘進。該組合系統主要由于超前臨時支護支架、掘進機裝運系統、運錨機、帶式轉載機、自移機尾組成。其具體工作流程為在懸臂式掘進機割煤操作流程達成后由掘進機裝運系統將礦料運至運錨機，經由運錨機轉運到帶式轉載機，經過帶式轉載機將礦料運送至自移機尾。

3.2 智能化發展趨勢

煤礦裝備技術的向智能化發展是裝備技術的必然發展趨勢，由于傳統煤礦裝備技術的工作效率不高，操作工人的勞動強度較大，導致煤礦生產的安全不能得到保證，世界各國現階段都在加強研究煤礦裝備技術的智能化發展，其中傳感器技術、故障診斷技術以及通訊技術已經應用在掘進機設備上，讓掘進機不僅具有傳統的職能，還增添了地質條件識別功能、遠程通訊功能以及故障自動診斷的功能。我國自“十一五”之后，許多高校以及研究單位都在研究掘進裝備智能化，雖然我國現階段掘進設備裝備智能化研究仍舊處于起步發展階段，但這也意味著我國掘進設備裝備智能化研究發展的潛力巨大。

4 結語

對于煤礦巷道快速掘進技術及快速掘進裝備的發展研究能夠促進采煤技術水平的提升，促進采煤裝備科技水平的發展，由于煤礦采掘過程中仍舊存在著采掘關系失衡等系列問題，因此，需要提升煤礦采掘設備的性能，通過實現煤礦采掘設備的智能化發展以及綜合快速挖掘工藝，才能實現煤礦集約高產的可持續發展趨勢。