煤矿高效掘进技术现状与发展趋势研究.pdf

2020 年第 6 期2020 年 6 月 中国是一个发展中国家，对能源的依赖度非常大。 煤炭是中国的主要能源，保证其开采量对于保证中国经 济发展有重要作用。随着煤矿开采技术的成熟，煤矿的 产量越来越大。然而，采煤技术的发展速度远快于掘进 技术的发展速度，导致很多煤矿中存在采掘接替紧张的 问题，这严重制约了煤矿产量的进一步增加[1-2]。为了解 决煤矿开采中的采掘接替问题，很多煤矿企业都致力 于发展高效掘进技术。为了了解中国高效掘进技术的 发展现状，本文分析了高效掘进技术的现状以及其中 存在的问题，并对其发展趋势进行了阐述。 1煤矿高效掘进技术的现状分析 在煤矿巷道掘进时，根据巷道的类型可以分为煤 层巷道和岩层巷道，不同类型的巷道采用的掘进技术 也是不同的。下面将对煤层巷道的掘进技术和岩层巷 道的掘进技术进行分析。值得注意的是，由于煤层比 较软，在煤层中掘进能大幅度提高掘进效率。 1.1煤巷高效掘进技术 顾名思义，煤巷就是在煤层中布置的巷道，这类 巷道占煤矿生产中巷道的大多数。由于煤层的硬度较 低，切割起来方便，煤巷的掘进速度相对较快。在煤 巷掘进中采用连续采煤机能实现掘进速度最大化，在 掘进的同时也在采煤，有助于提高煤炭资源的开采效 率。目前，这项技术在国内很多矿井得到应用，其主 要优点是能进行连续作业，实现了破煤、装煤和运煤 一体化，适用于矩形断面、多巷以及双巷条件下的掘 进。在煤田地质条件较好的情况下，能最大程度发挥该 技术的优势。经常使用的连采机的型号是 15DDVC 和 ABM20，而中国目前没有专门生产这类设备的公司。 此外，有部分煤矿也采用综掘机来进行煤巷掘进， 在掘进时需要转载机与单体锚杆机配合。主流的悬臂 式综掘机是掘进的关键设备，其具有转载、切割、行走 和运输的功能。按照需要，可以将掘进机分为横轴式和 纵轴式；按照出煤量，可以将掘进机分为重型、中型和 轻型。在掘进时，悬臂式掘进机能连续开挖，且开挖时 震动较小、断面比较规整、支护灵活。合理安排工艺， 具有实现效率高、投资少和支护简单的优势。然而在实 际掘进过程中，掘进机的开机率在很大程度上决定了掘 进速度。如果掘进机的开机率能达到 60以上，则能 在很大程度上保证掘进效率。由于掘进过程中支护的速 度很难跟上，进而影响了掘进机的掘进速度。目前，中 国科研人员已经研发出了 EBJ-120TP 型巷道掘进机， 如图 1 所示，其具有机身小巧、结构紧凑、稳定性好和 破岩能力强的特点，适用于各种条件下的巷道掘进。该 机型在煤矿岩巷掘进中的应用，大幅提高了掘进速度和 工作效率，值得推广。 1.2岩巷的高效掘进技术 在煤矿生产过程中，需要开掘少量的岩巷。顾名思 义，岩巷是岩层中的巷道，与煤巷相比掘进难度更大， 效率更低。由于岩石的硬度较大，破岩石相对比较困 难。岩巷掘进方法主要有钻爆法和综掘法。钻爆法是钻 眼采用炸药爆破的方法，对于岩巷的掘进具有很好的适 用性，其效率受钻眼速度的影响很大。现在很多煤矿都 收稿日期2020-04-13 作者简介杨维国，1986年生，男，河北怀安人，2008年毕业于山 西煤炭职业技术学院矿山机电专业，助理工程师。 煤矿高效掘进技术现状与发展趋势研究 杨维国 （ 大同煤矿集团公司永定庄煤业公司，山西 大同 037003 ） 摘要 发展高效掘进技术有助于解决煤矿生产中的采掘接替紧张问题，这也是煤矿企业研究的重点内容之一。简要 阐述了煤矿高效掘进技术的现状，指出了其中存在的主要问题，并探讨了其未来的发展趋势，以期为提升煤矿掘进技术 提供一定的参考。 关键词 煤矿开采；高效掘进技术；大断面巷道；掘锚一体化 中图分类号 TD263.3文献标识码 A文章编号 2095-0802-202006-0094-02 Research on the Current Situation and Development Trend of Efficient Driving Technology in Coal Mines YANG Weiguo Yongdingzhuang Coal Industry Co., Ltd., Datong Coal Mine Group Co., Ltd., Datong 037003, Shanxi, China Abstract The development of efficient driving technology is helpful to solve the problem of mining replacement tension in coal mine production, which is also one of the key contents of coal mine enterprise research. This paper briefly expounded the current situation of efficient driving technology in coal mines, pointed out its main problems, and probed into its future development trend, in order to provide some reference for improving the driving technology in coal mines. Key words coal mining; efficient driving technology; large-section roadway; dig anchor integration （总第 177 期） 技术研究 94 2020 年第 6 期2020 年 6 月 引进了全液压钻车，有效地保证了钻爆法的施工效率。 一般采用的是 CMJ17 型履带式液压钻车，具体参数如表 1 所示[3]，其掘进效率可以达到 2 m/min。在配套掘进过 程中，其主要优势在于装岩方便、凿岩速度快和机动性 强。通常情况下，钻 70 多个炮眼只需 1 h，是普通凿岩 机速度的 2 倍。与此同时，全液压钻车的工人劳动强度 低，还能实现一次钻眼与爆破，有助于提高支护质量。 图 1中国自主研发的 EBJ-120TP 型巷道掘进机 表 1CMJ17 型履带式液压钻车的技术参数 虽然钻爆法破岩比较容易，但是支护不方便。为 此，也有一些煤矿采用了综掘法来进行岩巷掘进。目 前采用最多的是掘锚一体化技术，它可以实现掘进与 支护的有机结合，大大提高了掘进速度。这种技术的 优势在于速度快、可靠性高和机械化程度高，使用它 优化了掘进和支护工艺，提高了掘进效率。但是，其 还是存在不成熟以及适用性差的问题，有待于进一步 优化和改进。 2煤矿巷道高效掘进技术的发展趋势 2.1大断面巷道掘进技术 随着矿井生产规模的扩大和机械设备体型的增大， 对巷道断面的要求越来越高。因此，煤矿企业亟需开 发大断面巷道掘进技术。在扩大巷道断面时，不仅对 掘进技术有较高的要求，对掘进设备有更高的要求。 为了进行大断面的安全掘进，需要研发更大的掘进设 备和支护设备。与此同时，还应该优化掘进和支护工 艺，保证巷道掘进的效率。目前的大断面掘进多是在 煤巷中进行的，采用的是连续采煤机。对于半煤岩大 断面巷道的掘进，施工技术人员必须结合掘进区域的 实际情况，采用合适的机械设备。 2.2掘锚一体化技术 发展掘锚一体化技术是实现巷道高效掘进的必经 之路。世界先进的采煤国都已经发展了成熟的掘锚一 体化技术，并且在煤矿开采过程中进行了工业性试验。 虽然中国也引进了一些掘锚一体化技术，但并不能在 中国煤矿中得到很好的应用。很多煤矿反映的情况是 掘锚一体化技术并不能提高掘进速度，反而在实际施 工时存在较大的困难。这种技术对于顶板破碎下巷道 的掘进效果非常好，其主要优势是便于在顶板上安装 锚杆，工人的作业环境好。如果能更好地应用掘锚一 体化技术，则必然能实现巷道的安全高效掘进。因此， 中国应该注重掘锚一体化技术相关成套设备的研发， 从而真正实现巷道的高效掘进。与此同时，还应该研 发大功率的悬臂式综掘机，并实现掘进的自动化操作。 随着现代科技的迅速发展以及人们对掘进机的研究力 度不断增大，横轴与纵轴的切割功率分别达到 350 kW 与 250 kW，自动化程度较高，在帮助煤矿提高自动化 水平的同时拓展使用空间[4]。 2.3煤岩混合巷道掘进技术 由于煤巷和岩巷掘进具有不同的特点，所以，应 该发展一种适用于煤岩混合巷道的掘进技术。在很多 情况下，掘进煤巷不可避免地会碰到岩层，必须对岩 层进行处理。现在发展的一种高悬臂掘进机，使得煤 岩混合巷道的掘进效率整体提高，其正向着自动化和 智能化的方向发展。这样，在煤矿掘进中也减少了地 貌、混合地质对工作造成的不确定性。与此同时，还 能有效改善连续采煤机在煤巷掘进中的性能，从而有 效提高煤巷的掘进效率。另外，还应该对采煤机进行 功能拓展，使其能在不同地质条件下工作。煤矿掘进 机性能的发挥与其配套设备有很大的关系，例如岩石 运输设备、除尘设备和通风设备。在煤矿掘进中，支 护应用关系着整个巷道的可靠性和安全性，为减少对 巷道的不利影响，也应提高支护水平。 3结语 煤矿巷道的高效掘进技术是实现煤矿高产高效的 基础，也是煤矿企业重点研究的主要内容之一。在巷 道掘进过程中，可以分为岩巷的掘进和煤巷的掘进。 在煤巷掘进中，采用连续采煤机能实现掘进速度最大 化，在掘进的同时采煤，有助于提高煤炭资源的开采 效率。由于岩石的硬度较大，破岩石相对比较困难。 岩巷掘进方法主要有钻爆法和综掘法。未来应该大力 发展大断面巷道掘进技术、掘锚一体化技术和煤岩混 合巷道掘进技术。 参考文献 ［1］ 王晓旭.煤矿高效掘进技术现状与发展趋势研究 ［J］ .石化技 术， 2019， 2611 383-384. ［2］ 左佩龙.煤矿高效掘进技术现状与发展趋势 ［J］ .资源信息与 工程， 2018， 334 87-88. ［3］ 梁应才.煤矿高效掘进技术现状与发展趋势 ［J］ .机械管理开 发， 2016， 3112 144-146. ［4］ 周明明.煤矿高效掘进技术现状与发展趋势分析 ［J］ .山东工 业技术， 20165 236. （ 责任编辑白洁 ） 钻孔速度/m min-10.8耀2.0 锚杆长度/m2 745 孔径/mm27耀42 适应断面尺寸/m24耀17.5 行走速度/km h-13 爬坡角度/毅14 孔深/m2 配凿岩机型HYD200 杨维国 煤矿高效掘进技术现状与发展趋势研究 95