煤巷快速掘进系统的发展趋势与关键技术

马晓鹏

（霍州煤电集团李雅庄煤矿，山西 霍州 031400）

引言

随着煤矿自动化和计算机化的发展，截至2011年底，国有大型煤矿的煤炭机械化程度为94%，而广泛的机械化程度为89.87%。同时，主要煤矿的机械化程度达到了87.38%。但是，巷道作业的机械化、自动化和信息化程度，渗透率和巷道效率远远没有达到煤矿管理的安全有效要求。工作面积比（开发/开挖）从2001 年的1∶2.25 增加到2011 年的1∶3.20。2011 年的道路开挖速度为12.86 m/10 000 t，2012 年的道路开挖速度为13.10 m/10 000 t。煤炭巷道发展的技术水平仍然落后于煤炭生产水平，不能满足煤炭开采的需求。

1 煤巷快速掘进技术的发展及应用现状

1.1 优化支护工艺

在增加放气的条件下，玉武煤业有限公司提出了一些措施，例如更换临时屋顶支架和优化巷道施工技术。同时，企业应用设施管理知识来优化过程标准时间，从而提高了煤路的掘进速度。

德国DSK 公司在距井底20～30 m 处和井底10 m处对巷道底部进行支撑，以完成地下煤矿大断面矿井工作的快速开挖。

冀中能源邯郸矿业集团的云家岭煤矿正在积极开展机械化开挖和工作组织优化等活动。由于受到屋顶塌陷和井下突跳带来的困难，该企业正在积极研究拱形断面的设计，优化断面结构并改善巷道的应力状态，从而提高煤巷快速开挖的效率。

1.2 改进掘进装备

近年来，从土方设备到辅助设备，用于解决煤路快速开挖问题的特殊技术不断被改进。

JOY 4FCT 柔性皮带输送机（以下简称4FCT 机器）是一种单人远程控制连续输送系统，可以跟随连续采煤机将物料输送到面板式皮带输送机。运输机配有动力单元（DMU），可让传送带自动前进或后退。链传动系统沿4FCT的整个长度分布，并且连续的采煤机电力电缆管理支持使操作电缆系统和相邻设备变得容易。安装在美国伊利诺伊州煤田的4FCT 沿用JOY 12CM27 连续采矿机进行室内岩心开采，工作高度为2.4 m，最大月产量达到182 300 t，最大日挖掘量为413 m。

兴隆庄煤矿借鉴了矿井底移机自走装置的原理，开发出了一种具有传送杆阶梯式节距的自走装置，省去了用链条拉动尾部的麻烦。

1.3 完善工序设计系统

煤炭企业根据现存地质条件和采矿需求，与有关部门合作开发了一种用于煤巷和后续辅助设备快速开挖的系统。该用于煤巷快速开挖的系统包括起锚机、多连杆锚杆机、双臂锚杆、皮带输送机、破碎机、皮带输送机等。巷道，支撑和运输过程的并行操作以及一次切段以形成巷道的速度，大大提高了掘进速度。

2 煤巷快速掘进模式的发展现状及应用

2.1 单功能掘进机模式

在2000 年左右，由EBJ-120 引入的悬臂掘进机主要与单螺栓镗床配合使用（如下页图1 所示），已在很多煤矿企业中投入使用。一个隧穿周期需要30～45 min。其中，巷道操作需要10～15 min，支持和其他停工时间约占周期时间的2/3。

图1 掘进机结构示意图

2.2 自行式掘锚运模式

连续剪切机、锚杆机、运煤车、穿梭车和连续输送机轨道系统，平均每月行驶里程可超过2 000 m。2003 年，山湾矿区的某个连续采矿团队使用一台机器完成指令，每月工作4 656 m。该设备机动性强、机械化程度高，可用于平行巷道的建设和不同道路的维护。主要缺点是巷道区域行进距离大，经常动员机器和设备，并且需要高水平的路面。

3 关键技术问题探讨

3.1 掘进与支护速度不协调

挖掘速度缓慢的主要原因是不平衡的挖掘和支撑。长壁采煤机的煤炭切割时间通常在17%～34%之间，而锚杆支撑时间应在50%～67%。随着掘进机的切割能力持续增长，牵引能力不断增长，争议变得更加明显。

为了减少这种冲突，在每个快速开挖项目中，当屋顶条件允许时，与空顶的距离会增加，并且开挖和支撑的工作空间不会互相干扰，并行操作可以实现。目前，主要解决方案是为掘进工作面的屋顶创造条件，以满足增加空顶之间距离的条件，并尝试在下一部分中完成剩余的支撑工作。这仅解决了在更好的条件下操作面部的部分问题，无法大规模推广。

3.2 锚杆支护机具自动化水平低

巷道掘进机穿透能力的不断提高和切割一个截面所需时间的减少难以增加锚杆锚固机的钻臂数量并增加锚固和辅助作业的比例。这就需要巷道工作人员从根本上解决因锚杆支护机具自动化水平低的问题。在神东公司的第一套快速巷道设备（加上6 台绞车锚机）中，该系统共有14～16 台锚杆，所有这些都需要4～8 台锚杆来运行。假设镜头中的所有螺栓平均在10～15 min 内收集到，这只能提供当前的高挖掘速度，并且进一步提高速度的可能性是有限的。图2 所示为宣化华泰矿冶公司生产的CMM2-33 煤矿用液压锚杆钻车。该设备是新型的巷道支护机械，该机与掘进机配合使用，主要用于煤巷及半煤巷掘进工作面支护作业，能够实现顶板及侧帮同时作业，还具有在硬度f=3～8的煤、岩层钻炮孔及探测孔等功能，巷道支护宽度在3.5～5.5 m 以上，支护高度为3.5～4.5 m，适应巷道工作坡度±14°。

图2 CMM2-33 煤矿用液压锚杆钻车

4 结语

快速煤巷系统的研究和建设尚处于起步阶段，许多理论、概念和具体问题仍有待完善。在掘进过程中，掘进技术和辅助设备，作业设备和辅助设备的局限性仍有待探索；不同地质条件的煤矿面临的主要矛盾和具体技术难题是不同的，都需要消除。因此，煤矿企业需要根据煤炭自身条件和要求，开发和研究不同形式和水平的快速挖掘技术。