巷道快速掘进技术与装备发展现状.doc

巷道快速掘进技术与装备发展现状1引言随着我国煤矿综采技术、综采设备以及矿井配套设施的快速发展，综采工作面的开采强度成倍增加[1]。原煤产量由2000年0.998Gt激增到2014年的3.87Gt。2016年，全国原煤产量有所下降，但产量依然保持在3.3Gt以上，因此井下掘进工程量飞速剧增，“采掘失衡、掘进滞后回采”的矛盾一直存在并日益加剧。采掘工作面的比例（采/掘）从2001年的1︰2.25提高到2011年的1︰3.20。2011年，万吨原煤巷道掘进率已经激增到12.86m[2]。种种数据表明，巷道的掘进技术水平和装备的机械化、自动化、智能化的发展仍然落后于回采的技术和装备水平，巷道的掘进速度已经滞后于煤炭生产的需求[3]。尤其是神东矿区特大型现代化高产高效千万吨级的工作面，使得年消耗回采巷道的速度飞速增长，从而使得巷道掘进成为制约矿井高产、高效集约化生产的关键环节。高效自动化、集约化、智能化是保证矿井高产高效的必要条件，也是未来巷道掘进技术和掘进装备的发展趋势。2煤巷及半煤岩巷传统掘进技术20世纪80年代以后，我国对煤矿设计进行了改革，取消了岩石集中平巷布置方式，将开拓巷道和采准巷道均布置在煤层中，降低了巷道掘进的难度，增加了煤巷在井巷工程中的比例，有利于提升矿井的整体巷道掘进速度。目前，煤矿掘进巷道中大量的是煤巷，约占总掘进巷道工程量的70%[4]。2.1悬臂式掘进机配套单体锚杆钻机作业线20世纪60年代，我国开始研发悬臂式掘进机，主要以30～50kW的小功率掘进机，并进行工业试验[5]。80年代初引进AM50型、S-100型两种典型掘进机机型，同时加强对引进掘进机的消化吸收工作，并根据我国特有的地质条件和生产工艺积极改进、研发适合的掘进装备[6]。经过30多年的消化吸收和自主研发，目前我国已具有以中国煤炭科工集团太原研究院为代表的多家先进的掘进机生产企业，研制出轻型、中型、重型3大系列10多种型号的掘进机，截割功率50～315kW，截割岩石硬度f4～f12，截割巷道断面3.8～42m2，整机截割能力和稳定性已达到国际领先水平。典型煤巷掘进机性能参数如表1所列。表1典型煤巷掘进机性能参数参数定位截割高度/m定位截割宽度/m可/经济截割硬度/f截割功率/kW总功率/kWEBZ1203.755.0≤8/6120190EBZ1604.0或4.55.5或6.0≤10/8160250EBZ220H4.65.71≤9/8220352EBZ260H5.06.1≤10/9260392EBZ3004.856.0≤11/9300421目前，我国大多数矿井煤巷及半煤岩巷道均采用此种掘进作业线。具体施工工序为：掘进机割煤、落煤，铲板装煤，经二运转载至皮带机运出工作面[7]。跟机架设临时支护措施及时支护空顶区域，开掘1～3个循环进尺后，掘进机后撤3～5m，人工将单体锚杆机移至掘进工作面迎头，连接风水管路，启动锚杆机完成循环进尺内所用的锚杆支护作业[8]，而后退出锚杆机，综掘机移进掘进工作面迎头，进行新一轮的循环作业，直至完成整条巷道的掘进工作。国产掘进机在煤巷掘进中取得了较好的成绩，单台掘进机已经具备年进尺6000～8000m的能力，基本满足了煤巷生产能力的需要[9-11]。2006年10月，EBZ120型掘进机在河南平煤六矿半煤岩巷掘进，断面宽4.1m，高3.0m，最高月进尺816m。2012年4月，EBZ260在内蒙长城矿业中使用，在矩形断面4.4×3.4（m），岩石硬度f≤7的半煤岩巷掘进中，日最大进尺16m，平均月进尺450m。相比于钻爆法掘进作业线，提高了掘进落煤的机械化水平，降低了工人的劳动强度，提高了巷道掘进效率和掘进进尺，降低了工作面的潜在危险程度。2.2悬臂式掘进机配套机载锚杆机装置作业线通过掘进机机载锚杆钻机（图1），减少了掘进机配套单体锚杆钻机频繁移机、退机的问题[12]，节省了辅助作业时间，可在一定程度上提高了掘进效率和掘进进尺。图1EBZ300M掘进机（机载锚杆钻机）3煤巷及半煤岩巷高效快速掘进技术悬臂式掘进机配套气腿式锚杆钻机作业循环中，支护工序占总工作时间的70%以上[13]，即：支护工序滞后与开掘工序，二者不能有效衔接，平行作业，而且单体锚杆机需人工频繁的移动，辅助工序繁琐，人员多且劳动强度大，导致掘进效率低，巷道单进水平低。因此如何实现掘进和支护的平行作业是实现高效快速掘进的关键环节[14]。3.1悬臂式掘进机配套“临时支护支架+运锚机”作业线以综掘机、临时支护支架、运锚机组为核心，实现工作面“掘进-支护-运输”于一体的“掘-支-锚-运”平行作业的新工艺（图2）：综掘机破煤、装煤；临时支护支架跟机自移，实现对新暴露的顶板及时支护；运锚机转运散煤，并完成巷道断面内永久锚杆支护[15]作业；通过运锚机和主皮带机之间搭接