煤礦巷道掘進技術現狀及發展

張文玉

黑龍江龍煤礦業集團有限責任公司雙鴨山分公司東榮一礦 155100

煤礦巷道掘進技術現狀及發展

張文玉

黑龍江龍煤礦業集團有限責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節。所以，在煤礦生產中，巷道掘進技術占據著重要的地位。本文通過分析掘進設備的技術特點和目前掘進技術的現狀，對如何使礦井的掘進技術水平提升，并如何加強技術人員的專業素養進行了探討。

掘進技術；礦山巷道；現狀；發展

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。綜掘仍是高產高效礦井回采巷道掘進的主要技術方法。我國已研制開發和引進使用了近20種懸臂式掘進機

近年來，我國成功地開發和推廣使用了煤巷錨桿支護技術， 使巷道圍巖地質力學性能測試技術、煤巷錨桿支護設計技術、施工機具、支護材料均得到快速發展。隨著綜采生產技術的發展，百萬噸綜采工作面屢見不鮮，并已出現年產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的技術瓶頸，是當前煤炭工業亟需研究開發的重大共性關鍵性技術。

一、巷道掘進技術

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、轉載機、可伸縮帶式輸送機(或刮板輸送機)、單體錨桿鉆機、通風除塵設備及供電系統等設備組成。懸臂式掘進機是煤巷綜合機械化掘進的關鍵設備，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，影響了掘進速度的進一步提高。

2.大斷面煤巷連續采煤機高效掘進

連續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備，在國外廣泛應用于矩形斷面的雙巷或多巷快速掘進，以及短壁開采，已成為現代高產高效礦井的重要設備。我國引進連續采煤機始于1979年，迄今為止大體經歷了單機和成套設備引進兩個階段。目前我國神東公司、晉城煤業、萬利公司、晉神公司、魯能集團、伊東公司伊泰公司等礦區使用連續采煤機近60余臺，用于大斷面煤巷的掘進和短壁開采。

二、錨桿支護

巷道支護技術的作用在于改善圍巖穩定狀況和控制圍巖運動的發展速度、以維護安全的工作空間。圍巖是承受地壓的主要結構、設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高產高效的必要條件。而煤巷支護的特點是：支護服務年限較短；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。我國錨桿支護技術已形成了成套技術，包含：巷道圍巖地質力學測試技術；錨桿支護動態信息設計；高強度錨桿支護資料、樹脂錨固劑、M型鋼帶及其軋制技術、特種錨桿與錨索支護技術；錨桿支護施工機具；錨桿支護監測儀器與技術。

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力圓錐體交錯重疊、形成一個連續的均勻壓縮(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、懸臂式掘進機現狀及發展趨勢

（一）懸臂式掘進機現狀

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。今后我國進行技術攻關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權的連續采煤機及掘錨機組。

經過20多年的努力，目前我國已經具有一定水平研究開發、生產制造掘進機的能力。已經開發出了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品，基本滿足了國內市場的需求，結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機型的80%左右。

“八五”期間，我國又相繼開發出了3種重型掘進機，它們是EBJ-160、EBJ-160H和EBJ-132型掘進機，其中由煤炭科學研究總院太原分院開發的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）掘進機的發展趨勢

1）適用范圍不斷擴大。隨著科學技術的進步，掘進機的適用范圍在不斷擴大，除繼續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；適應坡度達到16～18O。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、超重型方向發展，與此相適應的耐磨、低耗、高強度截齒的性能也逐步提高。據資料介紹，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的根本保證。因此，掘進機各部分的結構型式、傳動方式、使用材質等都要建立在實踐驗證的基礎上。現有機型的截割機構一直沿用電動機——減速器的傳動方式，元件的選型遵循著擇優的原則，機器加工多在專業廠家加工制造。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。電控元件要經過嚴格篩選，控制系統廣泛采用了PLC技術，電控設備隔爆、本質安全性能及型式檢驗手段不斷完善，確保使用的安全性。

3）開發煤巷快速掘進設備。在許多國家，高效掘進中多配套錨桿支護技術，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用截割、支護平行作業方式，采掘錨聯合機組已在澳大利亞、英國等國家使用，實際應用效果較好。

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