煤礦巷道快速掘進技術及快速掘進裝備發展現狀研究

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（山西西山煤電股份有限公司西曲礦 山西 030200）

當前國內煤礦開采行業不斷發展，采礦技術水平不斷提升，但因快速掘進技術與設備發展速度緩慢，導致許多企業出現采掘失調情況，嚴重影響發展效率。對于快速掘進技術來說，主要存在機械化程度低、智能技術缺失、機組一體化效果不佳等問題，急需加強設備與技術的全面創新，引導該技術朝著集成化、智能化等方向發展，在提高開采與掘進效率的同時，節約更多的經濟成本。

1.煤礦巷道快速掘進技術發展現狀

當前，國內煤礦普遍采用懸臂式掘進與單體錨桿鉆機聯合掘進技術，但并不能看成是成熟的聯合掘進。在設備方面，單純采用運煤、裁割等機械化作業，在巷道支護、供水、供電、材料運輸等環節，仍然利用人工作業；在工藝層面，掘、錨工序在掘進迎頭有限空間中交叉作業，使施工效率與安全受到極大影響。在巷道掘進技術發展中，在智能化、機械化、一體化等層面仍然存在不足，導致發展現狀不夠樂觀，具體如下。

（1）機械化程度低。當前大部分煤礦企業采用懸臂式掘進作業線，主要依靠單體錨鉆機、懸臂掘進機、帶式輸送機等設備。在掘進工序中，只對裁割、運煤等個別工序實現了機械化作業，剩余工序均由人工完成。同時，不同工序相互分散，需要投入大量準備時間，掘進系統性較弱，機械化程度較低，無法稱得上成熟完善的聯合掘進。

（2）智能技術缺失。近年來，我國加強對懸臂式掘進技術的研究，陸續研制出離機遙控、斷面監控等技術，但在故障自動診斷、自動定位、記憶裁割等核心科技方面仍存在技術斷層，導致掘進設備自動化水平較低，智能化不足。巷道掘進屬于系統性工程，從裁割到巷道完工需要經歷多個流程，一些年限較長的巷道還要實施噴漿支護，只有將上述工序全部整合起來，才能形成一條高效、配合有序、可持續生產的掘進系統，提高掘進速度，取得良好的經濟效益。

（3）掘錨機組一體化效果不佳。從傳統層面來看，作業線的存在為掘進工藝帶來諸多不便，因此掘進機組一體化有助于實現掘進、運輸、錨桿支護等平行操作。因機組一體化可采用相同設備實現采礦一系列工作，因此在開采環境中得到廣泛應用。但在實際應用中，一體化的應用效果不佳，在許多礦井施工中難以取得理想的施工效果。究其原因，機組一體化實際上并未徹底解決完全平行作業問題，受外界因素干擾仍然較大。因機組一體化單純適用于煤巷掘進，導致后續維護成本增加，一體化設備體積龐大，不但導致整體工作面通道面積縮減，當遇到底板不穩固區域時還容易陷入其中，需要投入諸多人力與時間才可將其挖出。同時，一體化設備調試周期較長，設備占地面積大，在支護時作業者站位受限，危及人身安全。

2.快速掘進技術的實際應用

（1）項目簡介。以G煤礦企業開采項目為例，采場主要是深度為-900—-1000m的區域，且受高地溫、高地壓、地質條件復雜等因素影響較大，巷道掘進效率較低，生產接續十分緊張。對于上述問題，相關管理者通過綜合分析后，決定對掘進設備、技術進行優化升級，使巷道在安全范圍內能夠快速掘進，確保礦井科學有序生產。

（2）裝備與系統創新。要想提高巷道掘進效率，必須采取機械化施工模式，走智能科技化道路。近年來，該企業積極采取措施，致力于發展掘進機械化，促進裝備與機械化管理的全面升級，具體措施如下。

①掘進裝備創新。第一階段，采用炮掘耙裝機出煤，放炮落煤，將型號為30B耙裝機與型號為PD150皮帶機結合起來，各個生產班只可采用一個循環掘進作業，生產效率較低，容易出現安全事故；第二階段，采用炮掘裝煤機出煤，利用放炮落煤，將型號為ZMC-60的裝煤機與型號為PD150的皮帶機結合起來，各個生產班組均可實現兩個循環掘進作業，使效率有所提升，作業環境得到改善，安全事故得到控制；第三階段是采用聯合機械化掘進，在條件適宜的基礎上，采用大功率的EBZ-230掘進機，該設備穩定性強，與上文提到的掘進設備相比，單進水平顯著提升。

②在掘進機械化方面，該企業主要采用以下措施。首先，現有掘進頭禁止人為擅自改變為炮掘進，優先使用機械化作業的掘進面，如若實在無法實現，才可采用炮掘；其次，加強綜合掘進設備的維修，檢修機構維修后，在正式投入使用之前應簽訂質量保障協議，3個月內不會因檢修質量低下而出現故障，如若發生故障影響生產，則由檢修單位承擔損失，并追究檢修者的責任。最后，為確保綜合掘進設備各零件的正常應用，應由供應部門親臨一線，充分掌握綜掘設備的應用情況，對容易破損的部件進行歸類，合理儲備，確保供應，有效解決煤礦開采機構的后顧之憂，對于因缺少配件而阻礙生產的情況，追究相關部門責任。通過上述裝備與管理的創新，使掘進設備得到更新換代，生產工藝優化創新，巷道單進水平得到顯著提升。

③外圍排矸系統優化。礦區17#煤運輸上山開拓掘進，根據現場實際情況，快速創建排矸作業線，具體措施如下：一方面，完善矸流系統。在掘進巷道中安裝跟窩皮帶，型號選擇為PD150，機頭卸載滾筒與儲矸倉相對，機尾在迎頭耙樁基處下方，將迎頭掘進的矸石運輸到外界，節約更多矸石在掘進面的堆積時間，使工作面的掘進施工空間擴大。矸石在采場外裝車、迎頭放炮掘進等方面盡量平行作業，使工序間的銜接關系得到優化。掘進迎頭選取型號為60B的耙裝機，對迎頭矸石進行清理，將其與型號為PD150的皮帶機耦合起來，使矸石順利運輸出去，與以往掘進排矸相比，效率可增加一倍以上；另一方面，選擇恰當的儲藏巖倉。沿用采區內現有的煤倉當作儲藏巖倉，用于存儲迎頭運輸出來的矸石，并將工作面后移，為迎頭快速支護提供便利。該倉可容納400m3的材料，存儲5天的矸石，即便在礦車運轉不暢的情況下，仍可確保巷道連續5天的正常運行。在倉的下方為采取運輸石門，利用電機車牽引排矸，便可構成一條快速順暢的矸石運輸線。

（3）優化效果。通過采用上述方式對掘進裝備與系統進行優化后，巷道單進1200m后，發現裝置應用效果良好，煤流系統可正常運轉，優化效果如下。

①在采區域回風巷口間構建煤流系統，無消防隱患產生，且系統運行簡潔順暢；

②在作業面外口與進回風巷之間無需設置施工交叉點，可減少大約100m巖巷作業量，減少150萬元的成本投入，工期縮短60天；

③與以往采區溜煤相比，該裝置較為簡單，投資成本只有500元，且運行可靠，能夠與現場操作要求相符合，不但可節約設備與煤倉投入量，還可減少大量掘進人工費用。據統計，采用優化后的系統經濟效益良好，與采掘作業相比，可提前60天成面，有效緩解生產接續，各項投資共計節約200萬元左右。

3.快速掘進技術未來發展方向

（1）系統集成化。綜掘式快掘系統可用于多種地質條件下的巷道掘進中，且斷面不受限制。系統包括帶式轉載機、運錨機、動力站等內容。系統集成化主要體現在快速掘進系統與懸臂式掘進機聯合應用，也是未來快速掘進技術的主要發展方向。該設備適用于各種地質條件，主要流程為：懸臂式割煤完畢后，超前臨時支護支架進行頂板支護，通過該系統采集轉運到運錨機中，再利用帶式轉載機運送到后方配套的轉載機中，便可實現迎頭地質異常體的探測。在掘進機截割過程中，運錨機通過自帶鉆臂系統的同時，還可實現巷道錨桿支護，實現掘錨的平行作業目標。將巷道掘進作為系統工程進行研究，對相關工藝模式進行改進，與此同時探索與之匹配的一體化掘進模式，通過成熟完善的裝備，實現支護、掘進與運輸的平行作業，為礦井支護、巷道掘進、供電、給排水等提供科學可行的解決方案，形成適用于多個煤層的煤巷、巖巷快速掘進模式。

（2）智能化。從整體趨勢上看，煤礦裝備智能化發展已經成為大勢所趨，因以往煤礦裝備工作效率較低，操作人員勞動強度較大，使生產安全無法得到切實保障。當前，世界各國都在加強煤礦裝備技術智能化的研究，如故障自動診斷、傳感器技術、通訊技術等等，使掘進設備不但具有傳統職能，還增加了地質條件識別、遠程通訊、故障診斷等功能。我國在“十三五”之后，各大院校與科研單位均開始強化掘進設備智能化研究，盡管當前仍處于起步階段，但也充分說明我國在該領域研究方面擁有巨大潛力。當前國外研究主要為煤巖識別技術、故障診斷、通訊技術等方面，技術人員利用紅外攝像、裁割機械振動特性，通過數據分析識別煤巖邊界，根據理論分析獲取精準結果。通過可靠的機載網絡設備與無線傳感器等，對設備振動、溫度、油液滲漏等進行監測，同時創建可視化故障診斷系統，支持多種形式的監控。以ADRIS項目為例，科研人員重點對煤巖分界技術展開研究，基于現有研究基礎，將激光掃描技術引入其中，根據試驗可知，激光掃描為二進制模式，與紅外攝影機圖片后處理相比更加方便快捷。

4.結論

綜上所述，近年來，我國采礦行業飛速發展，工作面單產不斷提升，采掘關系日益緊張，甚至出現失衡情況。與采煤技術與裝備相比，掘進工作面的技術與裝備發展較為緩慢，在機械化、智能與與一體化方面存在諸多不足。對此，為了適應復雜的地質條件，應通過掘進裝備創新、外圍排矸系統優化等方式實現掘進設備與系統升級，為煤礦可持續發展、高效生產提供切實保障。