煤礦掘進(jìn)機(jī)的機(jī)械化發(fā)展與展望

同煤集團(tuán)煤峪口礦 山西大同 037041

我國(guó)地大物博,物產(chǎn)豐富,蘊(yùn)藏著豐富的煤炭資源。但是另一方面,我國(guó)煤炭資源賦存的條件非常復(fù)雜。隨著科技的進(jìn)步,研究煤礦巷道掘進(jìn)機(jī)的新技術(shù)、新裝備極具迫切性和重要性,分析煤礦巷道掘進(jìn)機(jī)的機(jī)械化發(fā)展,研究煤礦巷道掘進(jìn)機(jī)的技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略同樣迫在眉睫。

1 煤礦掘進(jìn)機(jī)機(jī)械化發(fā)展的重要性

掘進(jìn)作業(yè)以煤礦的開(kāi)采為需求,需要依據(jù)煤礦地質(zhì)條件、煤層斷面情況、巷道作業(yè)操作情況等穩(wěn)定開(kāi)展。在礦井開(kāi)采的整個(gè)過(guò)程中,巷道掘進(jìn)所占比例非常高,涉及支護(hù)、破碎、裝載、運(yùn)輸?shù)纫幌盗羞^(guò)程。就目前我國(guó)煤炭形勢(shì)而言,雖然成績(jī)顯著,但是在機(jī)械化方面所顯現(xiàn)的問(wèn)題也非常突出,形勢(shì)嚴(yán)峻,體現(xiàn)出我國(guó)煤礦開(kāi)采技術(shù)與機(jī)械化程度的滯后。在今后的發(fā)展中,若煤礦掘進(jìn)機(jī)的機(jī)械化程度不高,煤礦開(kāi)采、掘進(jìn)則會(huì)受到制約。煤礦掘進(jìn)機(jī)的機(jī)械化程度還會(huì)直接影響工程質(zhì)量、工期及生產(chǎn)人員的安全,可見(jiàn),發(fā)展煤礦掘進(jìn)機(jī)的機(jī)械化極其重要。

2 我國(guó)煤礦掘進(jìn)機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 爆破掘進(jìn)

爆破掘進(jìn)作業(yè)時(shí),嚴(yán)格依據(jù)作業(yè)規(guī)程,根據(jù)斷面大小、支護(hù)類(lèi)型、地質(zhì)情況,以及人員和設(shè)備情況來(lái)規(guī)劃施工,強(qiáng)化管理與控制,保證支護(hù)的穩(wěn)定性和人員的安全性,避免發(fā)生冒頂事故和頂板事故[1]。

爆破掘進(jìn)作業(yè)技術(shù)主要包括三種,具體為鉆爆法、光面爆破法、光爆和深孔爆破法。其中,光面爆破法是建立在破碎巖石基礎(chǔ)上的一種掘進(jìn)技術(shù)。光爆和深孔爆破法是一種新技術(shù),能縮短工期,同時(shí)又能兼顧施工循環(huán),提高煤礦開(kāi)采的效率和質(zhì)量。這一新技術(shù)的應(yīng)用,對(duì)煤礦掘進(jìn)事業(yè)的發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。

2.2 掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)

煤礦綜合化掘進(jìn)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種高效掘進(jìn)技術(shù)。掘進(jìn)機(jī)在水平煤巷施工時(shí),要根據(jù)作業(yè)規(guī)程中不同的破巖方式做好相應(yīng)的頂板管理工作,保證煤層瓦斯不泄漏,并在掘進(jìn)時(shí)使用雷管全面爆破。在特殊地質(zhì)條件下,選擇人工方式操作[2]。掘進(jìn)機(jī)機(jī)械施工過(guò)程中,應(yīng)把握好空間尺寸,避免出現(xiàn)空頂作業(yè)的情況,以及冒頂事故。如今,掘進(jìn)機(jī)機(jī)械化在煤礦掘進(jìn)、開(kāi)采作業(yè)中成為不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)。

我國(guó)煤礦掘進(jìn)機(jī)機(jī)械化技術(shù)起步較晚,20世紀(jì)70年代,我國(guó)才引進(jìn)了第一臺(tái)懸臂式掘進(jìn)機(jī)。懸臂式掘進(jìn)機(jī)功率小,應(yīng)用水平低,經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題,后來(lái)經(jīng)過(guò)我國(guó)科研人員的改進(jìn),應(yīng)用水平才明顯提高。直至21世紀(jì),為滿(mǎn)足需求,我國(guó)自主研發(fā)了一款中型懸臂式掘進(jìn)機(jī)——EBJ-DOTP型掘進(jìn)機(jī)[3]。

對(duì)于半巖巷道掘進(jìn)與全巖巷道掘進(jìn),主要應(yīng)用巖巷懸臂式掘進(jìn)機(jī),具體常用型號(hào)包括EBZ318、EBZ1607Y、EBZ200H、EBZ220TY等。

我國(guó)常用懸臂式掘進(jìn)機(jī)主要性能參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 我國(guó)常用懸臂式掘進(jìn)機(jī)主要性能參數(shù)

2.3 連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)

連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)對(duì)煤層條件的要求相對(duì)較高,在多巷道掘進(jìn)環(huán)境下掘進(jìn),具有速度快、效率高、產(chǎn)量高等特點(diǎn)[4],可使掘進(jìn)作業(yè)與支護(hù)作業(yè)同時(shí)并行進(jìn)行。但是,連續(xù)采煤機(jī)大部分設(shè)備的核心技術(shù)被外商所掌握,并且自動(dòng)化操作指標(biāo)不是很成熟,經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題。

2.4 掘錨一體化掘進(jìn)設(shè)備

掘錨一體化掘進(jìn)設(shè)備是在懸臂式掘進(jìn)機(jī)與連續(xù)采煤機(jī)的基礎(chǔ)上研制的新型采煤掘進(jìn)支護(hù)設(shè)備[5]。掘錨一體化掘進(jìn)設(shè)備中的ABM20掘錨機(jī),在截煤的同時(shí)能安裝錨桿,可實(shí)現(xiàn)平行作業(yè)[6]。當(dāng)然,此類(lèi)產(chǎn)品仍在試驗(yàn)階段,技術(shù)尚不成熟。

3 煤礦掘進(jìn)機(jī)現(xiàn)存問(wèn)題

(1) 穩(wěn)定性和適應(yīng)性差。在復(fù)雜的煤礦巷道中,煤礦掘進(jìn)機(jī)有時(shí)無(wú)法正常工作,而且工作中極易發(fā)生脫滑、斷齒、燒電機(jī)等事故。在煤峪口礦410盤(pán)區(qū)21010巷道掘進(jìn)作業(yè)時(shí),掘進(jìn)機(jī)遇到大而堅(jiān)硬的白沙巖,進(jìn)行直接切割時(shí),由于切割深度過(guò)大,引發(fā)機(jī)組橫向振動(dòng)與滑動(dòng),導(dǎo)致切割齒牙被嚴(yán)重破壞,甚至斷齒。在煤峪口礦410盤(pán)區(qū)51010巷道掘進(jìn)時(shí),切割電機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn),造成短時(shí)高溫,電機(jī)燒毀。此外,還發(fā)生過(guò)由于熱敏電阻觸點(diǎn)不能及時(shí)閉合而使電控系統(tǒng)癱瘓的事故。

(2) 無(wú)法自動(dòng)注油。油是煤礦掘進(jìn)機(jī)不可缺少的潤(rùn)滑劑、冷卻劑。掘進(jìn)機(jī)在作業(yè)時(shí),由于部件之間的相互摩擦及工作機(jī)發(fā)熱引起油揮發(fā)等原因,使掘進(jìn)機(jī)中的油液不斷消耗[7]。當(dāng)前,國(guó)內(nèi)很多煤礦掘進(jìn)機(jī)無(wú)法自動(dòng)注油。人工注油工作煩瑣,且煤礦井下環(huán)境差。在煤峪口礦410盤(pán)區(qū)21010巷道掘進(jìn)作業(yè)時(shí),人工注油過(guò)程中將煤塵混入油中注入機(jī)器,引發(fā)油管堵塞。

(3) 除塵效果差。掘進(jìn)機(jī)工作時(shí),大量煤粉懸浮空中,嚴(yán)重影響工人視線(xiàn)。若工作人員吸入粉塵,更會(huì)對(duì)身體造成極大傷害。同時(shí),大量煤粉積聚易引發(fā)爆炸,后果將極其嚴(yán)重。煤峪口礦410盤(pán)區(qū)在作業(yè)時(shí),掘進(jìn)機(jī)配備高壓高射程霧化噴射器,同時(shí)設(shè)置防塵網(wǎng)罩對(duì)煤塵捕捉,但是效果并不理想。

(4) 運(yùn)輸鏈帶容易松動(dòng)。煤礦掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)受沖擊載荷影響,經(jīng)常引發(fā)運(yùn)輸鏈帶松動(dòng),發(fā)生跳鏈、斷鏈等事故。煤峪口礦410盤(pán)區(qū)21010巷道在掘進(jìn)過(guò)程中,掘進(jìn)機(jī)在750 m處由于運(yùn)輸鏈帶松動(dòng)而引發(fā)運(yùn)輸鏈卡鏈故障。

(5) 工作效率低。當(dāng)前,絕大多數(shù)煤礦掘進(jìn)機(jī)的前部裝載機(jī)構(gòu)、中部運(yùn)輸機(jī)構(gòu)及整體驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)都采用液壓馬達(dá),以液壓傳動(dòng)為主。液壓系統(tǒng)本身有局限性,工作效率低。

現(xiàn)階段煤礦掘進(jìn)機(jī)的泵站系統(tǒng)、割煤系統(tǒng)都采用普通三相異步電動(dòng)機(jī),其缺點(diǎn)是功率因數(shù)低、運(yùn)行效率低、發(fā)熱量和損耗大。可采用永磁電動(dòng)機(jī)代替三相異步電動(dòng)機(jī)。永磁電動(dòng)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,能耗小,具有高轉(zhuǎn)矩、高效率、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn),綜合性能指標(biāo)優(yōu)勢(shì)明顯,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 煤礦掘進(jìn)機(jī)機(jī)械化展望

4.1 機(jī)械化改進(jìn)

(1) 努力提高煤礦掘進(jìn)機(jī)的適應(yīng)性,通過(guò)發(fā)展特殊環(huán)境作業(yè)部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī),使掘進(jìn)機(jī)有更廣的適應(yīng)范圍與更強(qiáng)的適應(yīng)能力。同時(shí),降低掘進(jìn)機(jī)的質(zhì)心,設(shè)計(jì)增寬履帶結(jié)構(gòu)[8]。履帶是煤礦掘進(jìn)機(jī)與地面接觸的重要部分,提高履帶的適應(yīng)性,設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)的履帶板,能更好地滿(mǎn)足作業(yè)需求。此外,需要提高掘進(jìn)機(jī)切割部分的切割能力。

(2) 應(yīng)用設(shè)計(jì)良好的降塵技術(shù),用于保證作業(yè)環(huán)境安全,以及工作人員的健康[9]。

(3) 研發(fā)可靠性高且壽命長(zhǎng)的新型煤礦掘進(jìn)機(jī),實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)自截控制,提高我國(guó)的煤礦機(jī)電一體化水平,加快井下作業(yè)智能機(jī)械無(wú)人化作業(yè)的進(jìn)程[10-11]。

4.2 機(jī)械化發(fā)展路線(xiàn)

(1) 重視煤礦掘進(jìn)機(jī)的引進(jìn),選擇最合適的機(jī)械設(shè)備,提高效率,促進(jìn)發(fā)展。

(2) 積極鼓勵(lì)研發(fā)人員研發(fā)新型煤礦掘進(jìn)機(jī),以生產(chǎn)為保證,提高對(duì)理論與實(shí)踐的研究,生產(chǎn)出性能較高的工程機(jī)械設(shè)備,提高自動(dòng)化水平。

(3) 運(yùn)用整理、整頓、清掃、清潔、素養(yǎng)、安全6S科學(xué)管理方式,建立完善的管理制度,來(lái)保證煤礦掘進(jìn)機(jī)的正常運(yùn)行。

(4) 積極加強(qiáng)國(guó)際合作、學(xué)術(shù)交流,不斷提高技術(shù)人員的技術(shù)水平和專(zhuān)業(yè)知識(shí)。不斷加大對(duì)煤礦巷道掘進(jìn)技術(shù)的研究投入,提高科學(xué)技術(shù)意識(shí),鼓勵(lì)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員不斷探索。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著科技的進(jìn)步,研究煤礦掘進(jìn)機(jī)的新技術(shù)、新設(shè)備及機(jī)械化發(fā)展極具迫切性和重要性,巷道掘進(jìn)設(shè)備機(jī)械化水平直接影響工程質(zhì)量、工期及人員安全。筆者論述了煤礦掘進(jìn)機(jī)機(jī)械化發(fā)展的重要性,對(duì)煤礦掘進(jìn)機(jī)的機(jī)械化發(fā)展進(jìn)行了展望,以供技術(shù)人員參考。