煤礦高效掘進技術的現狀與發展趨勢分析

鄂爾多斯市營盤壕煤炭有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 017300

據統計數據表明，目前，我國90%以上的煤炭產量來自于井工開采，礦井的深度淺則幾十米、幾百米，深則像平頂山天安煤礦、山東唐口煤礦等大型煤礦的礦井深度已經超過1000m。隨著開采深度的不斷增加，井下煤巖巷道的開掘量也不斷增大。在這一背景下，煤炭生產企業應著力創新井下掘進技術，進一步完善機械化掘進技術體系，在保證煤炭正常供應的前提下，為煤炭生產企業創造更多的經濟效益與社會效益。

1 煤礦高效掘進技術現狀

1.1 煤巷高效掘進技術現狀

（1）綜合機械化掘進技術。該技術所使用的機械設備包括懸臂式掘進機、轉載機、可伸縮帶式輸送機、單體錨桿鉆機以及井下通風除塵設備。綜合機械化掘進技術經過半個多世紀的發展與演變，機械設備的各項性能指標趨于穩定，掘進作業效率大幅提升。其中，懸臂式掘進機的主要性能指標如表1所示。從表1中可以看出，AM50和S-100型懸臂式掘進機自重量輕、功率小、安全穩定性低，適用范圍具有一定的局限性。而EBJ-120TP型掘進機采用無支重輪履帶行走機構與履帶導向輪黃油缸張緊裝置，行走機構穩定性較高。液壓系統中設置了自動加油裝置，節省了大量油耗。尤其是該機型的電氣系統首次引入了PLC技術，PLC取代了傳統的繼電器，使掘進機械具備了自動化故障診斷功能，進而延長了機械設備的使用壽命[1]。

表1 懸臂式掘進機的主要性能指標

隨著科技水平的逐年提升，國產掘進機的市場份額也不斷擴大，年進尺已經超過8000m，例如國內某大型煤礦在應用EBJ-120TP型掘進機型時，月進尺達到905m，因此綜合機械化掘進技術在井下巷道掘進工序中被普遍推廣應用。但是，由于該掘進工藝只能進行單巷掘進作業，支護類型屬于單體錨桿支護，因此在作業時，無法同步進行掘進與支護，給作業生產效率造成了不利影響。

（2）連續采煤機高效掘進技術。該掘進技術適用于作業面寬度較大的井下巷道，例如在矩形斷面的雙巷道或者多巷道中被廣泛使用。其工作面運輸方式主要包括間斷式運輸和連續性運輸。間斷式運輸所配置的機械設備包括連續采煤機、運煤車、錨桿鉆車、膠帶輸送機等。連續性運輸所配置的機械設備包括連續采煤機、錨桿鉆車、鏟車、膠帶輸送機等。該技術的主要工作原理是錨桿鉆車處于回風巷道時，進行錨桿支護施工，當采煤機完成一個完整的工作循環工序后，與錨桿鉆車互換位置，并在兩條巷道間隔50m的位置掘出一條聯絡巷道。國內某大型煤礦在應用連續采煤機掘進技術時，月度最高進尺數達到7802m，幾乎是綜合機械化掘進技術掘進尺數的10倍。

（3）掘錨一體化掘進技術。掘錨一體化掘進技術是基于綜合機械化與連續采煤機掘進技術而發展起來的一種新型的井下巷道掘進技術。該技術的最大應用優勢在于使用同一臺掘進設備可同時完成掘進與支護作業。目前，國內許多大型煤礦相繼引進了該項技術，掘錨一體化掘進技術采用的掘錨機組主要包括兩種，一種是以懸臂式掘進機與機載錨桿機相結合的掘錨機，另一種是以連續采煤機為主的掘錨機組。按照井下掘進作業方式劃分，包括掘錨一體化作業的機組和先截割后支護的機組。目前，我國在用的掘錨一體化作業機組的代表機型是ABM20，而先截割后支護的代表機型是12CM15-15DDVG。ABM20掘錨機組可以同時進行截割作業與錨桿安裝作業，這樣可以大幅度提升割煤速度。在實際作業中，機組的行走機構帶動整個機組和錨桿機同時行進，并反復掘進作業。在ABM20掘錨機組試驗階段，月度進尺數能夠突破900m大關。12CM15-15DDVG掘錨機組則適用于巷道斷面為矩形的掘進作業中，在掘進作業時，當頂煤厚度超過500mm以上時，循環進尺數能夠達到12m，月度掘進進尺數將超過1200m。但是，與懸臂式掘進機以及連續采煤機相比，掘錨機組體積龐大，對井下作業面的空間要求較高，如果巷道狹窄，掘錨機組則難以進行掘進作業[2]。

1.2 半煤巖巷高效掘進技術

在井下巷道斷面中，如果煤層占比大于20%而小于80%時，該巷道被稱為半煤巖巷，在我國現有的煤礦中，半煤巖巷類型的礦井占據較大比例。在半煤巖巷開采過程中，機械設備類型主要以中型和重型機為主，且截割功率需要達到120kW以上，機械自重量達到35t以上。目前，半煤巖巷掘進機多以EBJ-120TP型、EBZ160TY型以及S150J型為主，在井下掘進作業中，這三種機型的使用量占據所有掘進機型的80%以上的份額。

以EBJ-120TP型掘進機為例，該機型的截齒單刀作用力達到4500N以上，當巖層硬度等級為6～8時，EBJ-120TP型掘進機能夠快速完成破巖工序。當掘進井下巖層時，掘進機的掘進阻力不斷增大，為了延長截齒的使用壽命，應降低截割速度，并提高截割單刀作用力。為了便于調速，盡量選擇雙速截割電機的掘進機型，以EBZ160TY型掘進機為例，該機型不但易于調速，而且在降低或者升高速度時，其電機功率始終保持不變，在低速運轉時，單刀作用力增大近一倍，從而大幅度提升生產作業效率。例如國內某大型煤礦，其井下地質結構屬于含硬硫化鐵結核的半煤巖巷，其硫化鐵結核的硬度系數達到12以上，煤層的平均厚度在1m左右，而且底板位置的鋁質泥巖厚度平均值達到1.0m，這種泥巖層松軟易膨脹，掘進難度較大。針對這種類型的半煤巖巷，應對薄煤層半煤巖巷的掘進工藝進行創新改良，故該煤礦選用了EBJ-120TP型掘進機進行掘進作業，月進尺數達到605m，同時由于作業全過程機械化程度較高，因此減輕了井下工人的作業強度，而且也節省了大量作業成本。

1.3 巖巷高效掘進技術

巖巷是指井下巷道斷面中，巖層占據80%以上的比例，巖巷分布的巖石層較多，而原煤數量較少，一般作為通風與采煤通道用途。由于巖石層硬度系數大，如果僅借助掘進機進行破巖作業，不僅作業效率低，而且機械壽命將大幅縮減。因此，我國多數煤礦在巖巷掘進作業中，依然以鉆爆技術為主。目前，國內煤礦使用頻率較高的巖巷掘進技術以鏟斗式裝巖機作業線為主，但是，相比于全液壓鉆車配側卸裝機作業線，該技術掘進尺數少，作業效率相對較低[3]。下面著重對全液壓鉆車配側卸裝巖巷高效掘進技術進行闡述。以CMJ17履帶式全液壓鉆車配ZC-3履帶式側卸裝巖機為例，該作業線采用雙臂鑿巖的方式，兩側懸臂同時進行掘進作業，破巖速度達到0.8～2.0m/min，由于該作業線安裝了鑿巖機自動返回與防卡釬裝置，因此作業安全系數高，便于作業人員操作。這一掘進系統機身體積較小，重心偏低，并且具有較強的爬坡能力。另外，由于井下作業條件惡劣，機械噪聲較大，而該作業線在掘進作業時，噪聲值完全符合井下作業規定的噪聲標準，由此可見，利用該技術能夠有效改善井下作業環境。

2 煤礦高效掘進技術的發展趨勢

（1）掘錨一體化技術的優化與改進。由于掘錨一體化技術適用范圍廣，支護效果好，并且能夠同時同步進行掘進與支護，因此該技術將成為井下掘進作業過程中的主流技術。近年來，世界各國積極對掘錨一體化技術進行優化和改進，并在截割與裝運機構方面大做文章。例如以12CM15-15DDVG掘錨機組為例，該機組的總功率達到586kW，機組總重為65t，截割高度最大值達到4.6m。采用這種新型機組，成巷速度提高65%以上，月度進尺數也超過1200m。

（2）多種配套設備相結合的高效掘進技術。防塵減噪始終是井下掘進作業中的兩大關鍵要素，如果除塵效果欠佳，不僅影響掘進作業效率，還容易給作業人員的身體健康帶來負面影響?，F有的井下除塵方式以噴霧除塵為主，這種方式除塵效率的最高值只能達到70%左右。因此，在提升掘進作業效率的同時，應在掘進系統中安裝高效除塵系統。另外，由于井下地質條件復雜，掘進作業中隨時會出現不安全因素，因此為了構建一個全方位、立體化的井下監視系統，可以結合三維可視化技術，對井下作業環境進行實時監測，確保作業安全。由此可見，基于我國的地質結構形態，多種配套設備相結合的高效掘進技術將引領煤礦開采的未來發展方向。

3 結束語

綜上所述，關于煤巷、半巖巷、巖巷掘進技術的選擇，首先，應考慮我國煤礦的地質結構與煤層分布情況，合理選擇掘進技術。其次，在實際作業中，技術人員應不斷積累實際工作經驗，并不斷對掘進技術進行創新。最后，應始終保持謙遜的態度，積極學習和借鑒成功的技術經驗，為我國的國民經濟增長注入源源不斷的內動力。