掘进新装备在千米深井中的应用

贺乐意

摘 要：当前我国煤矿安全高效矿井建设已经进入新的发展阶段，随着采掘机械化程度的提高，综采技术装备的发展趋向大型化，且施工可靠性也得到了进一步提升。但有千米深井的地下开采工作所面临的煤层赋存条件复杂，且煤层厚度不一，为了保证煤矿生产，我们必须重视掘进和回采工作。基于此，本文首先分析了掘进装备的具体应用情况，随后就其发展趋势进行了深入探究，以供参考。

关键词：岩巷；掘进装备；发展方向

我国矿井开采条件复杂，煤炭生产主要以地下开采为主，露天矿井较少，煤层厚度在几米到几十米之间。随着采煤技术的发展，采煤能力有了极大提高，效率大大改善，现在已出现了年产数千万吨的超大工作面，这一背景下，回采巷道消耗极大，因此巷道掘进成为髙效集约化生产的关键技术之一。高效机械化掘进技术是实现矿井高产高效的必备条件，采掘技术和装备水平对煤矿高效安全生产具有很重要的影响，也是巷道机械化掘进技术发展的重心，本文就新型掘进装备的应用和发展方向展开论述。

一、岩巷施工技术及掘进装备的具体应用

我国煤矿的岩巷施工方法按照破岩方式分为两种，主要有钻爆法和综合机械化掘进法，配套的有不同机械化程度的装载、运输和支护方式，形成了多种岩巷掘进机械化作业线，主要形式有以下几种。

（一）单体凿岩机及配套装运机械化作业线

采用钻爆法掘进。用单体气腿式凿岩机或单体液压式凿岩机实施打眼，装运采用两种配套方式：

1.以耙斗机（或铲斗）为装载机及轻型调车设备的配套岩巷机械化作业线

该作业线采用装岩用耙斗机；调车用轻型调车设备，如调车盘，浮放道岔、翻框式调车器或压气调车器等；运输用 1 t 矿车及蓄电池机车。此作业线是我国20 世纪 80 年代的常用装备，15 m2断面面积的岩巷月平均进尺 60 m。由于调车出岩的间歇性，掘进效率低、装岩工作不能连续作业，作业线的生产效率低。

2.以侧卸式或蟹爪式装岩机及带式转载机配套的作业线

该作业线为装岩用重型侧卸式装岩机与蟹爪式或侧卸式装岩机转载，调车运输用绞车及电机车运输。以上作业线在我国煤矿岩巷掘进中应用较多，虽具有灵活性、适应性强的优势，但该作业存在人员劳动强度大、作业安全系数低、装岩及辅助运输系统复杂、辅助工作量大等诸多问题，目前仅有 30% 以上的矿井在使用。

（二）以全液压钻车配套的装运机械化作业线

全液压钻车的推广应用，已成为我国大型矿井实现岩巷快速推进的主要作业线。以履带式全液压钻车配套履带式侧卸装岩机为代表的配套设备机械化作业线。

（三）全岩巷掘进机

当前，用于全断面岩巷的掘进机主要有两种：第一种是全断面掘进机（TBM），广泛应用于隧道施工工程，采用全断面实施一次或两次成巷的作业方式；另一种是重型悬臂式掘进机，主要适用于煤矿井下硬岩巷道的施工，在一些发达的采煤国家，该技术的应用已经非常成熟。在我国一些矿区使用引进的国外全断面岩巷掘进机也取得了较好的效果，机组稳定性能好，故障率低，使用操作方便，但也存在着湿式除尘效果不好等问题。近几年，我国在引进国外全岩巷掘进机的基础上，也在实施岩巷掘进机的国产化研制，如截割功率达到200 k W 以上的悬臂式掘进机的设计取得成功。

二、掘进装备发展方向

与国外先进技术相比，很多方面我国设备仍存在一定的差距，其中差距主要表现在掘进机的破岩能力、适应性和可靠性等方面。煤矿使用的大功率连续采煤机的主要技术几乎都由外国厂商提供，主要技术被国外长期垄断。美国是世界上连续采煤机使用最广泛的国家之一，目前使用数量达两千多台。JOY是连续采煤机的主要生产商和供应商，其技术水平处于世界领先地位，而我国技术起步较晚，部分领域处于空白状态，连续采煤机的核心部件仍处于试验研究阶段，核心技术主要由外国制造商提供，因此在核心技术上仍需攻关。

近年来虽然我国悬臂式掘进机的发展较为迅速，但其在适应性、破岩能力及可靠性方面同国际先进水平相比还有不小差距，尤其在大功率重型掘进机方面表现最为突出。除总体性能参数偏低外，与国际先进设备相比，大功率掘进机在基础研究方面也比较薄弱，未建立适合我国地质条件的装运、截割和行走部载荷谱。同时计算机动态仿真也较为落后，在元部件自动控制技术、可靠性、除尘系统、截割技术等核心技术方面存在不小的差距。笔者认为，掘进装备的发展可从以下几方面着手：

（一）完善掘锚联合机组

掘锚联合机组是集切割、装载、行走、锚杆支护、机载除尘等功能于一体的综合掘进装备，通过掘进支护平衡及掘进支护平行作业，实现煤巷掘锚机组快速掘进作业线。具有先进的遥控操作系统和高效的除尘装置，可解决掘进机开机率低的问题。

（二）不断创新截割方式

现有掘进装备正向积木式结构、多元化方向发展，以满足不同用户对掘进装备的需求。在掘进机的基本结构形式中，在相同功率时截割方式有横轴式、纵轴式，为了适应不同岩石硬度截割头有大小之分，截割机构有可伸缩式、不可伸缩式，为了适应不同的后配套运输形式中间输送机有固定式、可调（卸载高度、水平摆角）式。目前我国部分煤巷掘进装备单进水平已接近甚至达到国际先进水平，但由于煤矿地质构造相对复杂，需根据地质条件认真对掘进机组进行分析研究，同时密切关注新技术新装备的应用，将机械工业、信息产业等发展成果与煤巷掘进紧密结合，选择适宜的掘进机组，创新截割方式，推动煤巷掘进装备的发展，为提高煤矿单进水平提供技术支撑

（三）喷雾降尘设备随机化

目前，掘进机大多设有内、外喷雾装置，但对呼吸性粉尘降尘效果差，喷嘴堵塞严重。因此，对现有机型设置机载降尘设备，强化外喷雾的使用效果，将会使掘进机在工作时的粉尘浓度大幅降低。

（四）配套機载锚杆技术

支护作业与掘进作业不同步，是导致机掘效率低的关键问题。锚杆支护技术具有工艺简单、工效高、巷道断面利用率大、材料消耗低、支护速度快、支护成本低等优点，机载锚杆技术还有功率大、钻孔能力强、功能齐全、适用范围广、可自带动力、操作安全等优点。因此解决机载锚杆技术难题，可以从根本上解决掘进、支护不同步的问题。

（五）智能化发展

配置激光导向系统、计算机断面控制系统、遥控系统、故障监控系统，实现掘进机的记忆截割、断面成型控制和掘进机关键零部件故障的早期预警，以降低对操作人员的技术要求，减少巷道开挖量，提高生产效率和生产能力。通过吸收国内外成熟先进的自动化和信息化技术，采用自主开发和集成创新方式，对巷道地质条件、掘进机组运行状态、掘进机定位导向等全过程进行数字化表达，实现无人化作业的目标。

三、结语

综上所述，煤炭开采，掘进先行。当前我国煤矿开采强度与范围持续加大，掘进技术日益完善，掘进设备不断更新，巷道的适应范围也随之扩大。为了实现巷道的掘进、支护、运输平行作业，我们要进一步增强装备研发能力，优化掘进工艺，全面提高煤炭资源的开采效率，从而推动我国煤矿产业更好、更快地发展。

参考文献

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