趙上策

摘要：我國(guó)絕大部分煤礦采用地下開采方式，隨著我國(guó)對(duì)煤炭資源的快速消費(fèi)，我國(guó)煤礦產(chǎn)能越來越大，綜采工藝發(fā)展成熟，綜掘工藝卻相對(duì)落后，多數(shù)礦井存在采掘失調(diào)問題。尤其近年煤炭?jī)r(jià)格的下跌，采掘失調(diào)問題日益突出，由于巷道掘進(jìn)效率低，煤礦開采建設(shè)周期長(zhǎng)、時(shí)間成本高，煤礦巷道快速掘進(jìn)技術(shù)的研發(fā)對(duì)于提升煤礦競(jìng)爭(zhēng)力具有至關(guān)重要作用。

關(guān)鍵詞：煤礦；巷道；掘進(jìn)；裝備

1引言

我國(guó)是煤炭大國(guó)，煤炭的開采主要是以井下開采為主，特別是進(jìn)入21世紀(jì)以后，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和進(jìn)步，我國(guó)的煤礦開采技術(shù)和設(shè)備都得到了空前的提升，自然煤礦的開采效率也得到了相應(yīng)的提高。但是，我國(guó)煤礦巷道快速掘進(jìn)技術(shù)與設(shè)備發(fā)展相對(duì)比較滯后，導(dǎo)致了煤炭企業(yè)各個(gè)領(lǐng)域發(fā)展不平衡，造成煤礦開采比例失調(diào)。近些年來，能源的結(jié)構(gòu)模式和增長(zhǎng)方式都發(fā)生變化，這造成了煤炭嚴(yán)重產(chǎn)能過剩、開采煤炭比例失調(diào)、煤礦巷道掘進(jìn)速度低下、煤礦開采周期長(zhǎng)、難度大、成本太高以及設(shè)備陳舊等諸多問題。為了解決這些問題、優(yōu)化產(chǎn)能結(jié)構(gòu)，為了提高煤礦的開采速度、降低生產(chǎn)成本以及實(shí)現(xiàn)煤礦安全高效的運(yùn)行，當(dāng)務(wù)之急是要提高煤礦巷道快速掘進(jìn)技術(shù)，以及創(chuàng)新、優(yōu)化設(shè)備。

2煤礦巷道快速掘進(jìn)技術(shù)現(xiàn)狀

進(jìn)入21世紀(jì)以后，我國(guó)的煤礦掘進(jìn)技術(shù)得到了快速的發(fā)展，錨桿支護(hù)技術(shù)也得到了一定的普及，煤礦巷道開采技術(shù)主要有三個(gè)要素：人工、爆破以及掘進(jìn)，這三要素組合起來形成了以掘進(jìn)機(jī)為主的3種不同的掘進(jìn)工藝。第一，懸臂式掘進(jìn)機(jī)與錨桿鉆機(jī)搭配工作；第二，連續(xù)開采機(jī)與錨桿鉆車搭配工作；第三，眾多掘錨機(jī)一同工作實(shí)現(xiàn)掘錨一體化、自動(dòng)化。其中，應(yīng)用最多的是第一種掘進(jìn)工藝，其在配合作業(yè)中有著極強(qiáng)的適應(yīng)性，但是其掘進(jìn)速度相對(duì)較慢。第二種掘進(jìn)工藝主要應(yīng)用在我國(guó)神東、榆林一帶的礦井，其在作業(yè)中對(duì)煤礦地質(zhì)條件有較高要求，在施工時(shí)需要交換順序。第三種掘進(jìn)工藝的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)掘錨同步作業(yè)。實(shí)現(xiàn)掘錨作業(yè)的一體化，只要作業(yè)條件具備，就能夠極大的加快掘錨速度。但是其對(duì)礦井的地質(zhì)條件也有較高要求，因此這種工藝沒有得到很好的推廣和普及。

根據(jù)資料顯示，目前我國(guó)煤礦巷道掘進(jìn)主要采用的是掘錨分布作業(yè)的方法，其中，在一個(gè)完整的掘錨過程中，支護(hù)時(shí)間占55%～65%，截割占25%～35%，剩下的為系統(tǒng)故障影響，占15%～20%。顯然，支護(hù)時(shí)間占一個(gè)掘錨周期的大多數(shù)時(shí)間，由此可見，支護(hù)時(shí)間是影響掘進(jìn)效率最主要的原因。除此以外，在掘進(jìn)的實(shí)際施工中，各個(gè)環(huán)節(jié)搭配的不完美、設(shè)備落后等原因也可能導(dǎo)致煤礦掘進(jìn)速度變慢。要想研發(fā)出煤礦巷道快速掘進(jìn)技術(shù)，就必須提高錨桿的支護(hù)效率以及實(shí)現(xiàn)錨桿機(jī)械化生產(chǎn)。為研發(fā)這種煤礦巷道快速掘進(jìn)技術(shù)，世界各國(guó)都在不斷地探索，意在讓掘進(jìn)機(jī)和錨桿組合在一起，把錨桿鉆機(jī)裝在掘進(jìn)機(jī)上，形成了掘錨機(jī)組以及掘進(jìn)支護(hù)一體機(jī)，并且其通過對(duì)設(shè)備的控制來實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)和錨桿一系列的操作，如裝煤、錨桿打眼、巷道掘進(jìn)等。

3我國(guó)煤礦巷道快速掘進(jìn)技術(shù)存在的問題

我國(guó)煤礦現(xiàn)有的綜掘工藝采用單體錨桿鉆機(jī)配合懸臂掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)方式，嚴(yán)格意義上來講，此類掘進(jìn)工藝并不是真正的綜掘工藝。目前的綜掘工藝僅僅做到了切割、運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械化、自動(dòng)化，在供電、供氣、供水、支護(hù)等方面仍然采用人工作業(yè)方式。此外，掘進(jìn)與支護(hù)作業(yè)集中在迎頭掘進(jìn)面，不僅影響了掘進(jìn)效率，還嚴(yán)重影響了作業(yè)安全。我國(guó)煤礦巷道快速掘進(jìn)技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，仍存在以下不足和問題。

3.1 機(jī)械化、系統(tǒng)化程度低、

目前的綜掘設(shè)備主要由單體錨桿鉆機(jī)、懸臂式掘進(jìn)機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、皮帶輸送機(jī)組成，前期的準(zhǔn)備、安裝、調(diào)試工作量大，后期維護(hù)頻繁且該工藝只實(shí)現(xiàn)了切割、運(yùn)輸工序的機(jī)械化。其余工序仍需大量人工進(jìn)行，綜掘系統(tǒng)性差，各個(gè)工序銜接性差，不能稱為真正意義上的綜掘工藝。

3.2自動(dòng)化、智能化程度低

為了提升掘進(jìn)效率和安全性，自動(dòng)化、智能化綜掘工藝日益成熟。煤礦巷道的掘進(jìn)是形成整個(gè)開拓系統(tǒng)的基礎(chǔ)工程，開拓系統(tǒng)的形成是一個(gè)系統(tǒng)工程，在掘進(jìn)過程中包括多個(gè)工序：測(cè)量、供氣、供水、通風(fēng)、切割、運(yùn)輸、供電等。神華集團(tuán)在自動(dòng)化、智能化快速掘進(jìn)設(shè)備、技術(shù)的研究代表了我國(guó)該領(lǐng)域的最高水平，實(shí)現(xiàn)了井下無人自動(dòng)化掘進(jìn)。但是在掘進(jìn)定向、記憶切割、故障自動(dòng)診斷等核心技術(shù)上，自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)較低，仍然采用的國(guó)外技術(shù)。

3.3掘進(jìn)與錨噴支護(hù)不能同時(shí)進(jìn)行

由于煤礦地質(zhì)條件的特殊性，以及出于成本考慮，煤礦井下巷道斷面通常較小，由于空間不足，切割與支護(hù)不能平行作業(yè)，圍巖暴露時(shí)間增加，掘進(jìn)效率低，安全性差。

4我國(guó)煤礦巷道快速掘進(jìn)技術(shù)發(fā)展方向

4.1系統(tǒng)集成

對(duì)掘進(jìn)過程中的所有工序進(jìn)行系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)工序的自動(dòng)化平行作業(yè)，能適用于不同賦存條件的煤層、巖巷、煤-巖巷。

（1）掘錨機(jī)快速掘進(jìn)系統(tǒng)

此類快速掘進(jìn)技術(shù)適用于地質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、圍巖穩(wěn)定的水平或近水平煤層矩形巷道的掘進(jìn)，掘錨機(jī)快速掘進(jìn)系統(tǒng)主要包含以下幾部分：掘錨機(jī)、跨騎式錨桿鉆車、自移動(dòng)動(dòng)力站、帶式轉(zhuǎn)載機(jī)、除塵系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成?？珧T式錨桿鉆車可騎在轉(zhuǎn)載機(jī)兩側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)與支護(hù)平行進(jìn)行。該技術(shù)已在某煤礦得到應(yīng)用，最高掘進(jìn)進(jìn)尺可達(dá)3095米/月。

（2）懸臂式掘進(jìn)機(jī)快速掘進(jìn)系統(tǒng)

懸臂式掘進(jìn)機(jī)快速掘進(jìn)系統(tǒng)即綜掘式快速掘進(jìn)系統(tǒng)，該掘進(jìn)系統(tǒng)廣泛適用于不同地質(zhì)條件的煤礦，且斷面大小和形狀不受影響。該系統(tǒng)主要由機(jī)載錨桿鉆臂系統(tǒng)、轉(zhuǎn)載機(jī)、運(yùn)錨機(jī)、動(dòng)力站、通風(fēng)系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)構(gòu)成。懸臂式掘進(jìn)機(jī)切割完成后，煤巖由轉(zhuǎn)載機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)走，同時(shí)機(jī)載鉆臂系統(tǒng)對(duì)掘進(jìn)迎頭工作面進(jìn)行錨桿支護(hù)作業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)與支護(hù)平行作業(yè)。

（3）超前支護(hù)與懸臂式掘進(jìn)機(jī)相結(jié)合快速掘進(jìn)系統(tǒng)

該快速掘進(jìn)系統(tǒng)可適用于各種地質(zhì)條件的煤礦，巷道斷面通常為矩形或拱形。系統(tǒng)主要由超前臨時(shí)支架、懸臂式掘進(jìn)機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、運(yùn)錨機(jī)、動(dòng)力站、通風(fēng)系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)構(gòu)成。掘進(jìn)機(jī)切割完成后，超前臨時(shí)支護(hù)支架立即對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，掘進(jìn)機(jī)機(jī)載鉆機(jī)可對(duì)巷道迎頭打超前探孔，對(duì)瓦斯和水進(jìn)行超前探測(cè)。

4.2智能化

煤礦巷道快速掘進(jìn)系統(tǒng)集成是讓掘進(jìn)設(shè)備、工序的機(jī)械化、系統(tǒng)化，而智能化是給機(jī)械化、系統(tǒng)化富裕了自主工作的能力。掘進(jìn)技術(shù)的智能化是我國(guó)煤機(jī)發(fā)展的必然方向，是提升自身競(jìng)爭(zhēng)力、效率、安全性的重要途徑。智能化的主要環(huán)節(jié)包括：位姿自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)導(dǎo)航、軌跡規(guī)劃、地質(zhì)條件檢測(cè)與識(shí)別、自我檢測(cè)與故障識(shí)別、遠(yuǎn)程通信與監(jiān)控等。

我國(guó)在智能化煤機(jī)研究方面目前處于起步追趕階段，所掌握的核心技術(shù)較少。國(guó)外智能化煤機(jī)的研究主要集中在狀態(tài)檢測(cè)、故障診斷、通信和煤巖識(shí)別上，對(duì)煤機(jī)等設(shè)備的溫度、震動(dòng)、軌跡、角度等參數(shù)主要有紅外攝像技術(shù)和激光掃描技術(shù)兩種。激光掃描技術(shù)較紅外攝像技術(shù)更為先進(jìn)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更加精確，系統(tǒng)運(yùn)行更快速穩(wěn)定。

5結(jié)語(yǔ)

近十年隨著裝備技術(shù)的發(fā)展與煤價(jià)的飆升，采煤工作面的設(shè)備也實(shí)現(xiàn)了高功率、高產(chǎn)能、高自動(dòng)化。但是掘進(jìn)工作面相關(guān)的掘進(jìn)設(shè)備、工藝發(fā)展卻滯后于采煤工作面，采掘失調(diào)問題嚴(yán)重制約了煤礦的健康可持續(xù)發(fā)展。在此背景下，促進(jìn)了煤礦巷道快速掘進(jìn)技術(shù)的快速發(fā)展，只有做到采掘的平衡，加快巷道掘進(jìn)速度，降低時(shí)間成本，同時(shí)確保安全生產(chǎn)，煤礦在嚴(yán)峻的市場(chǎng)中才能生存下來。

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