煤礦高效掘進技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.doc

煤礦高效掘進技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢摘 要 介紹了我國煤礦高效掘進與支護技術的現(xiàn)狀，針對不同煤巖類型的巷道掘進技術進行了詳細分析，分析了我國煤礦主要掘進設備與國外存在的差距，指出了煤礦高效掘進技術的發(fā)展趨勢。關鍵詞 高效掘進 掘進設備 掘進技術 錨桿支護 我國煤炭開采以井工為主，2005年國有重點煤礦90.72的原煤產(chǎn)量來自井工開采。我國煤層賦存條件復雜，呈現(xiàn)多樣性，煤層厚度從零點幾米到幾十米之間變化，為了開采煤炭，需要開掘大量的煤巖巷道。2005年原國有重點煤礦掘進總進尺7 464.6km，其中煤巷和半煤巖進尺約6 311.4km，占84.6。2005年原國有重點煤礦綜采機械化程度為75.79，而綜掘機械化程度為25.87（綜掘進尺1 931.4km），綜掘的發(fā)展遠遠滯后于綜采。目前為保證原國有重點煤礦1 402個采煤工作面的正常生產(chǎn)接替，共配套了3 986個掘進工作面（其中開拓工作面1 038個），回采與掘進工作面的比例是1:3，為了實現(xiàn)采掘機械化的同步發(fā)展，滿足當前500多個綜采工作面的需要，綜掘機械化程度應達到50以上。同時，隨著綜采技術的發(fā)展，國內已出現(xiàn)了年產(chǎn)幾百萬噸級、甚至千萬噸級超級工作面，使年消耗回采巷道數(shù)量大幅度增加，從而使巷道掘進成為了煤礦高效集約化生產(chǎn)的共性及關鍵性技術。掘進和回采是煤礦生產(chǎn)的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，采掘技術及其裝備水平直接關系到煤礦生產(chǎn)的能力和安全。高效機械化掘進與支護技術是保證礦井實現(xiàn)高產(chǎn)高效的必要條件，也是巷道掘進技術的發(fā)展方向。一、高效掘進與支護技術現(xiàn)狀（一）煤巷高效掘進技術20世紀80年代以來，我國對礦井設計進行了改革，取消了巖石集中巷布置方式，將開拓巷道和采準巷道布置在煤層中，增加了煤巷在井巷工程中的比例。目前，煤礦掘進巷道中大量的是煤巷，約占總掘進巷道工程量的70左右。我國煤巷高效掘進方式主要有3種：第1種是懸臂式掘進機與單體錨桿鉆機配套作業(yè)線，也稱為煤巷綜合機械化掘進，在我國國有重點煤礦得到了廣泛應用，主要掘進機械為懸臂式掘進機，它適應范圍廣；第2種是連續(xù)采煤機與錨桿鉆車配套作業(yè)線，在我國神東、萬利等礦區(qū)及鄂爾多斯地區(qū)進行了推廣應用，主要掘進機械為連續(xù)采煤機，它需要多巷掘進，交叉換位施工；第3種是掘錨機組掘錨一體化掘進，僅在一些礦區(qū)進行了使用，目前處于試驗階段。1.煤巷綜合機械化掘進煤巷綜合機械化掘進由懸臂式掘進機、轉載機、可伸縮帶式輸送機（或刮板輸送機）、單體錨桿鉆機、通風除塵設備及供電系統(tǒng)等設備組成。懸臂式掘進機是煤巷綜合機械化掘進的關鍵設備，掘進機的性能對于提高掘進工效和掘進進尺具有重要作用。我國煤巷懸臂式掘進機的研制和應用始于20世紀60年代，以3050kW的小功率掘進機為主，研究開發(fā)和生產(chǎn)使用都處于試驗階段。80年代初期，為適應煤礦機械化生產(chǎn)發(fā)展的需要，我國引進了AM50型、S-100型掘進機兩種為代表的機型，對發(fā)展我國綜掘機械化起到了推動作用。同時，國內加強對引進機型的消化吸收工作，積極研制開發(fā)了適合我國地質條件和生產(chǎn)工藝的綜合機械化掘進裝備。經(jīng)過近30年的消化吸收和自主研發(fā)，目前，我國已形成年產(chǎn)1000余臺的掘進機加工制造能力，研制生產(chǎn)了20多種型號的掘進機，初步形成系列化產(chǎn)品，基本能夠滿足國內市場的需求。我國現(xiàn)用煤巷懸臂式掘進機主要技術性能參數(shù)見表1。表1 我國煤巷懸臂式掘進機主要技術性能技術參數(shù)AM50S-100EBJ-120TPEBZ160TYS150JELMB-75CEBJ-160SH斷面/618823818921923617824可截割硬度/MPa60706080807080100機重/t26.8273651.544.623.453總功率/kW174145190250205130314截割功率/kW100100120160150/8075160適應坡度/（）16161616161616系統(tǒng)壓力/MPa16161623161616外形尺寸/mmm7.52.11.6512.22.81.88.62.11.559.82.551.79.02.81.88.222.51.5610.82.71.5生產(chǎn)廠家淮南佳木斯太原分院太原分院佳木斯南京晨光上海分院AM50型、S-100型掘進機均為國外20世紀70年代的產(chǎn)品，設備功率小、機重輕、破巖能力低及可靠性差，僅適合在條件較好的煤巷中使用。近年來，我國相繼開發(fā)了以EBJ-120TP型掘進機為代表的替代機型，在整體技術性能方面達到了國際先進水平，正在推廣應用。EBJ-120TP型掘進機于2002年通過了中國煤炭工業(yè)協(xié)會組織的鑒定，2003年獲中國煤炭工業(yè)科技進步特等獎，2004年獲國家科技進步二等獎，目前已應用500多臺。我國研制的新一代煤巷掘進機具有以下技術特點：1)整機結構緊湊、設計合理；2)機身矮、重心低、工作穩(wěn)定性好；3)生產(chǎn)能力大、破巖能力強、適應性好；4)采用液壓馬達直接驅動裝載機構，結構簡單，工作穩(wěn)定，可靠性高，減少了維護量；5)采用無支重輪履帶行走機構和履帶導向輪黃油缸張緊裝置，提高了履帶行走機構的可靠性；6) 液壓系統(tǒng)簡單可靠，增設了自動加油裝置，提高了液壓系統(tǒng)的可靠性；7) 電氣系統(tǒng)采用了PLC控制，具有工礦檢測和故障診斷功能。 近幾年，國產(chǎn)掘進機在煤巷掘進中取得了較好的成績，實際年進尺可達6 0008 000m，基本滿足了煤巷高效掘進的需要。2004年潞安礦業(yè)集團常村煤礦綜掘一隊采用 EBJ-120TP型掘進機，在大斷面煤巷掘進中創(chuàng)月進680m的好成績。2005年金峰集團寸草塔煤礦使用EBJ-120TP型掘進機最高日進尺為72m,月進尺905m。2005年鄂爾多斯宏景塔礦使用EBJ-120TP型掘進機日進尺達到了40m。懸臂式掘進機在我國重點煤礦已普遍使用，發(fā)揮了重要作用。但由于是單巷掘進，且采用單體錨桿進行錨桿支護，掘進和支護不能平行作業(yè)，影響了掘進速度的進一步提高。2.大斷面煤巷連續(xù)采煤機高效掘進連續(xù)采煤機是一種具有較大截割寬度的集落煤、裝運及行走為一體的綜合機械化掘采設備，在國外廣泛應用于矩形斷面的雙巷或多巷快速掘進，以及短壁開采，已成為現(xiàn)代高產(chǎn)高效礦井的重要設備。我國引進連續(xù)采煤機始于1979年，迄今為止大體經(jīng)歷了單機和成套設備引進兩個階段。目前我國神東公司、晉城煤業(yè)、萬利公司、晉神公司、魯能集團、伊東公司及伊泰公司等礦區(qū)使用連續(xù)采煤機近60余臺，用于大斷面煤巷的掘進和短壁開采。連續(xù)采煤機掘進工作面設備配置按工作面運輸方式一般分為兩種：一種是間斷式運輸方式，工作面配置為連續(xù)采煤機、運煤車或梭車、給料破碎機、錨桿鉆車、鏟車及膠帶輸送機；另一種是連續(xù)運輸方式，工作面配置為連續(xù)采煤機、錨桿鉆車、連續(xù)運輸系統(tǒng)、鏟車及膠帶輸送機。連續(xù)采煤機在大斷面煤巷掘進時，連續(xù)采煤機與錨桿鉆車采用交叉換位作業(yè)方式，如圖1所示，連續(xù)采煤機在運輸巷道掘進的同時，錨桿鉆車正在回風巷道進行錨桿支護作業(yè)，當連續(xù)采煤機完成一個掘進循環(huán)時，與錨桿鉆車交換位置。為滿足機器調動和運輸?shù)囊螅瑑蓷l巷道之間每隔50m掘一條聯(lián)絡巷。圖1 連續(xù)采煤機雙巷掘進我國神東礦區(qū)使用連續(xù)采煤機進行煤巷掘進取得了較好的成績，平均月進尺在2 000m以上，并創(chuàng)造了多項全國紀錄，為高產(chǎn)高效礦井生產(chǎn)準備提供了最佳技術途徑。2005年神東公司榆家梁煤礦采用四個連采隊，全年完成掘進進尺63 368m，其中月進尺最高達7 802m，為全國之冠。2004年神東公司上灣礦連采二隊使用12CM27-11D型連續(xù)采煤機，掘進斷面6m4.4m,創(chuàng)日進尺163m，雙巷掘進月進尺3 070m。2003年神東公司上灣礦連采一隊使用單機三巷掘進，完成月進尺4 656m，創(chuàng)全國掘進紀錄。除神東礦區(qū)外，在地質條件復雜的寧煤集團羊場灣使用連續(xù)采煤機煤巷掘進，最高月進尺達40m，月進尺1 000m。在我國連續(xù)采煤機實現(xiàn)煤巷高效掘進的使用經(jīng)驗表明，連續(xù)采煤機用于長壁工作面順槽雙巷及三巷掘進，完全可以滿足高產(chǎn)高效綜采工作面月推進速度的要求，而且掘進成本比采用懸臂式掘進機（如S100）降低160元/m。但由于需要較好的煤層賦存條件，不能實現(xiàn)單巷掘進，連續(xù)采煤機用于煤巷掘進具有一定條件限制。國內連續(xù)采煤機的研制工作正在進行中。3.掘錨機組掘錨一體化掘進為了實現(xiàn)煤巷快速高效掘進，適應錨桿支護技術的快速發(fā)展，世界主要采煤國的快速掘進裝備在不斷的發(fā)展，掘錨機組是適用于高產(chǎn)高效礦井煤巷高效掘進的掘錨一體化設備，是在連續(xù)采煤機或懸臂式掘進機的基礎上發(fā)展的一種新型掘進機型。掘錨機組是將掘進與支護有機地組合起來，減少掘進與支護設備的換位作業(yè)時間，在同一臺設備上完成掘進和支護工藝。目前，掘錨機組主要兩種：一種是以連續(xù)采煤機為基礎的掘錨機組；另一種是懸臂式掘進機機載錨桿機的掘錨機。 1) 掘錨機組。掘錨機組在我國的應用還處于試驗階段，目前國內已有8臺掘錨機組，其中7臺ABM20掘錨機組和1臺12CM15-15DDVG掘錨機組。掘錨機組按作業(yè)方式劃分可化為兩類：一類是同時實現(xiàn)掘錨作業(yè)的掘錨機組；另一類是先截割后支護的掘錨機組。ABM20掘錨機組為第一類，12CM15-15DDVG掘錨機組為第二類。ABM20掘錨機組是掘錨機組的典型代表，其作業(yè)方式是截煤和安裝錨桿同時平行作業(yè)，即割煤滾筒聯(lián)同裝載運輸機構整體向前推進割煤，與此同時，錨桿鉆機則與發(fā)生履帶主機架停在原位固定，錨桿鉆機向頂板的側幫打眼安裝錨桿。隨后，行走機構帶著機體及錨桿機向前移動，完成一個掘進循環(huán)。2003年晉城煤業(yè)集團引進一臺ABM20掘錨機組，在成莊礦四盤區(qū)4214巷道進行了試驗，巷道斷面為4.9m3.3m。2004年1月開始試驗，2月份掘進進尺為251m，3月份進尺為402m，4月份進尺550m。試驗期間最高班進尺為12m，最高日進尺為30.4m，該套設備具備了月進900m的生產(chǎn)能力。2003年神東公司引進一臺JOY12CM15-15DDVG型掘錨機組，在烏蘭木倫礦3-1煤63112運輸巷和63114回風巷的掘進工作面使用。2巷道斷面形狀均為矩形，其中63112運輸巷斷面5.4m3.4m。掘進作業(yè)時，掘進循環(huán)1.2m，當頂板完整，頂煤厚度在500mm以上時，循環(huán)進尺可放寬為12m，工作面最大空頂距為14.89m。月掘進進尺1 200m，錨桿支護數(shù)量4 020套。生產(chǎn)小班最少進尺為26m，日進尺最高為45m。2005年兗州煤業(yè)集團公司鮑店煤礦使用ABM20S型掘錨機組最高班進尺21m、日進尺53m、月進尺1 100m（巷道斷面為4.9m3.2m）；山西魯能電煤公司上榆泉煤礦使用ABM20型掘錨機組創(chuàng)出了月進1 388m(巷道斷面17.5m2)的國內使用掘錨機組的最好成績。掘錨機組在我國的試驗取得了初步的成功，但掘進進尺還有待進一步提高。由于機器龐大，對巷道條件要求高，適應范圍較小。國內掘錨機組的研制工作正在進行中。2）懸臂式掘進機機載錨桿鉆機。煤巷掘進過程中，掘進機掘進與巷道頂板支護之間的矛盾一直未能很好的解決，尤其是巷道采用錨桿支護后，支護時間所占比重過大，使得這一矛盾尤為突出。我國曾在掘進機上機載錨桿鉆機的研究上作了一些有益的嘗試，相繼研制了與AM-50型號和S100型掘進機配套的機載錨桿鉆機，同時在20世紀末也引進了帶有多臺錨桿機的英國LH1300H型掘進機和日本MRH-S220型掘進機。但這種“機載錨桿機”與國外掘錨機組有相當大的區(qū)別，因為懸臂式掘進機在設計時未考慮錨桿機配置問題。錨桿鉆機在掘進機上的安裝位置見圖2所示。圖2 掘進機機載錨桿鉆機綜上所述，連續(xù)采煤機及掘錨機組適用于適合錨桿支護的煤巷高效掘進。在這類巷道條件下，連續(xù)采煤機及掘錨機組能夠發(fā)揮其優(yōu)勢，具有成巷速度快、掘進工效高、巷道成型好、工人勞動強度低等優(yōu)點，特別是大斷面煤巷掘進優(yōu)點更為突出。（二）半煤巖巷高效掘進技術我國煤礦除煤巷外還有大量的半煤巖巷道需要掘進，主要為薄煤層以及2.0m以下中厚煤層巷道，約占總掘進工程量的20左右。 半煤巖巷道是指在掘進斷面中，巖石面積占斷面面積的2080的巷道。我國重點煤礦半煤巖巷的掘進基本上采用半煤巖懸臂式掘進機機械化作業(yè)線，半煤巖掘進機以中型和重型機為主，截割功率在120kW以上，機重在35t以上。煤礦現(xiàn)用主流半煤巖巷懸臂式掘進機以EBJ-120TP 型、EBZ160TY 型及S150J型三種機型為主，占半煤巖掘進機使用量的80以上。掘進機在半煤巖巷道掘進機過程中由于巖石所占比例大，在機器選擇時主要考慮以下幾個方面：1）機重大、重心低、工作穩(wěn)定性好；2）破巖能力強，截齒單刀力大；3）元部件可靠性高；4）系統(tǒng)簡單可靠，便于維護。煤科總院太原研究院研制的EBJ(EBZ)系列半煤巖巷掘進機，采用大、小截割頭2種配置方式，大截割頭適應煤巷高效掘進，小截割頭適應半煤巖巷掘進。EBJ-120TP 型小截割頭平均截齒單刀力在4 500N以上，EBZ160TY小截割頭平均截齒單刀力甚至達到了8 000N，截齒單刀力大，保證了破巖能力，真正滿足巖石硬度為f68半煤巖巷的掘進。對重型大功率掘進機來說，當截割煤層時，因截割阻力較小，這時需要提高截割速度來提高生產(chǎn)率；當截割巖石時，截割阻力較大，為避免截割電機過載，同時也為減少截齒損耗，這時應降低截割速度，同時增大截割單刀力。EBZ160TY型掘進機采用恒功率雙速截割電機，這種方式調速方便，且高、低速時電機功率恒定不變，低速時單刀力增大一倍，是同類機型的1.52倍，整機截割能力明顯加強。平煤集團所轄礦區(qū)井下地質情況復雜，斷層多，煤層薄，煤層中多有夾矸，夾矸厚度一般為300400mm。因此，掘進機要經(jīng)常切割硬度為f68的巖石。EBJ-120TP型掘進機現(xiàn)已成為半煤巖巷掘進的主力機型，全公司使用近50臺，分布在平煤集團下屬的各礦，這些機器基本用于半煤巖巷道的掘進，因適合礦區(qū)井下工況和地質條件，使用效果非常好。2004年6月，平煤集團六礦使用EBJ-120TP型掘進機創(chuàng)半煤巖巷掘進月進816m的全國紀錄。薄煤層含硬硫化鐵結核半煤巖巷掘進是兗礦集團面臨的一個主要問題。兗礦集團南屯煤礦16上煤層平均厚度為1.0m，煤層中含有硫化鐵結核，其硬度系數(shù)超過12，底板為鋁質泥巖，平均厚度1.0m，遇水膨脹、松軟，采用綜掘機械化施工難度大。為探索薄煤層半煤巖掘進新工藝，提高巷道單進水平，經(jīng)過充分調研，選擇EBJ-120TP型掘進機作為掘進設備。試驗期間，先后創(chuàng)出最高班進9.7m、日進26.4m、月進605m的同類條件國內一流水平，大大減輕了職工的勞動強度，取得了良好的效果。目前，兗州礦區(qū)半煤巖掘進機在用數(shù)量已達到10余臺。EBZ160TY型掘進機已在新汶、平頂山、汾西、西山、鄂爾多斯等礦區(qū)使用。EBZ160TY型掘進機在新汶礦業(yè)集團已推廣十幾臺，新汶翟鎮(zhèn)礦使用EBZ160TY型掘進機掘進3203中間巷，屬半煤巖巷，月進尺達486m，是炮掘的3倍。（三）巖巷高效掘進技術目前，國內巖巷施工仍以鉆爆法為主，巖巷懸臂式掘進機在我國正在進行試驗。以鉆爆法為主的巖巷機械化作業(yè)線，主要有二種，一種是氣腿式鑿巖機配耙斗式或鏟斗式裝巖機作業(yè)線；另一種是全液壓鉆車配側卸裝巖機作業(yè)線。第一種在我國應用較多，掘進速度一般為6070m/月。第二種在我國應用較少，據(jù)統(tǒng)計，2005年全國重點煤礦全液壓鉆車在用臺數(shù)為27臺，掘進進尺為6 200m。1.全液壓鉆車配側卸裝巖機巖巷高效掘進我國大斷面巖巷快速高效機械化綜合配套作業(yè)線以CMJ17履帶式全液壓鉆車配ZC-3履帶式側卸裝巖機為代表，在巖巷掘進中取得了較好的成績。CMJ17履帶式全液壓鉆車主要優(yōu)點：雙臂鑿巖，鑿巖速度快，工作效率高，鑿巖速度可達0.82.0m/min；液壓系統(tǒng)先進，設有鑿巖機自動返回及防卡釬裝置，操作方便，安全可靠；機身小、結構緊湊、重心低、機動靈活，采用履帶行走方式，工作穩(wěn)定，爬坡能力強，對工作面、頂板、側幫、底板均能全斷面鑿巖作業(yè)；采用模塊式結構，拆裝方便，動力單一化，能耗低，噪音低，可大幅度改善工作環(huán)境，提高施工效率和施工質量。國產(chǎn)履帶式全液壓鉆車主要技術參數(shù)見表2。表2 國產(chǎn)履帶式全液壓鉆車主要技術參數(shù)技術參數(shù)CMJ17CMJ17ALC12-2B鉆孔速度/mmin-10.820.820.82釬桿長度/m2.7452.7452.745孔徑/mm274227422742孔深（一次推進）/m2.132.132.5適應斷面(寬高)/m225.023.53225.024.23225.9724.6行走速度/km/h333爬坡角度/%252525配鑿巖機型HYD200HYD200HYD200外形尺寸/mmm7.21.031.67.21.031.87.21.21.8電機容量/kW454555電壓等級/V660或380660或380660或380整機質量/t889該機械化配套作業(yè)線主要具有以下特點：1）鑿巖和裝巖速度快，單進和效率高。大斷面巖巷鉆鑿70余個炮眼，液壓鉆車可在60min內完成，而氣腿式鑿巖機需200min；側卸裝巖機生產(chǎn)效率比普通耙斗裝巖機提高2倍，鑿巖速度和裝巖生產(chǎn)率的提高，促進了單進的提高。2）勞動強度低，人員少，安全可靠。3）實現(xiàn)了大斷面巖巷的全斷面一次鉆眼、一次定炮、一次起爆、一次支護的掘進技術，保證巖巷全斷面支護的整體性，提高了支護質量。開灤集團公司錢家營礦850m水平東翼軌道大巷，半圓拱形斷面，錨噴支護和錨網(wǎng)噴支護，掘進面積為5.1m3.85m，掘進面積16.84m2，采用CMJ17履帶式全液壓鉆車配ZC-3履帶式側卸裝巖機作業(yè)線。2005年累計進尺1 202.6m，折合標準巖巷1 648.6m，平均月進尺100.2m，折合標準巖巷月進尺137.4m，工效為2.18m/(工月)，實現(xiàn)了快速、高效施工。2.全巖巷重型懸臂式掘進機掘進重型懸臂式掘進機用于大斷面巖巷的掘進在我國處于試驗階段，新集能源股份公司、新汶礦業(yè)集團、淮南礦業(yè)集團及平頂山煤業(yè)集團公司等企業(yè)先后引進了德國WAV300、奧地利AHM105、英國MK3型重型懸臂式掘進機共4臺。目前國內使用的掘進機截割巖石硬度僅為6080 MPa左右，在遇到斷層多、地質條件復雜的巖層時，極易趴“窩”，掘進效率低下。AHM105型巷道掘進機是奧地利奧鋼聯(lián)公司的巷道掘進設備，已在美國、澳大利亞、南非等國使用。新汶礦業(yè)集團公司經(jīng)對比分析，認為AHM105型掘進機比較適應復雜的地質條件，于2006年引進1臺。AHM105現(xiàn)在用于龍固礦北區(qū)輔助運輸大巷的掘進，該巷道為全巖巷道，巷道斷面，凈寬5.64m,凈高4.5 m。AHM105掘進機是從2006年10月開始使用，三個月累計進尺240m，消耗截齒35把，最高日進尺6m，曾實現(xiàn)15d進尺90m。截割最硬的巖石為細砂巖，硬度為f10左右，日進尺2.4m。試驗反映機器的穩(wěn)定性好，故障點少，遙控器的使用給操作帶來了方便，但存在拱形巷道成型比較困難和濕式除塵器使用效果不好等問題。巖巷機械化高效掘進也是淮南礦業(yè)集團巖巷掘進面臨的技術瓶頸問題，通過調研、論證，提出了引進巖巷掘進機的技術方案。MK3型重型掘進機是由英國多斯科公司生產(chǎn)制造，具備巖巷掘進月進尺300m以上的能力。目前該機正在潘二礦進行試驗，掘進巷道為半圓拱形，斷面5.4m4.2m，全巖巷道，巖石為石英砂、鈣質砂巖，硬度系數(shù)f45。使用兩個半月，累計進尺300m，最高月進尺180m，截齒消耗0.5把/m，其中含有一段長10m左右，夾有4m厚的白砂巖，巖石硬度f7.2。試驗反映配備的斷面顯示功能對巷道超挖控制較為實用，但鏟板前伸功能作用不突出，掘進面降塵效果不好。雖然全巖巷重型懸臂式掘進機在我國煤礦的應用還處于試驗階段，但代表了巖巷掘進技術的發(fā)展方向。（四）煤礦錨桿支護技術巷道支護技術是煤炭開采中的一項關鍵技術。安全、合理、有效的巷道支護是保證礦井實現(xiàn)高產(chǎn)高效的必要條件。近年來，煤巷錨桿支護技術發(fā)展極為迅速。由于這種支護方式具有支護效果好、成本低等諸多特點，它的廣泛采用給煤礦企業(yè)帶來巨大的技術經(jīng)濟效益。錨桿支護已經(jīng)成為巷道支護的一個主要發(fā)展方向。目前，錨桿支護技術已在我國高產(chǎn)高效礦井中得到了廣泛應用。從薄及中厚煤層回采巷道，到綜采放頂煤工作面沿煤層底板掘進的全煤巷道；從頂板比較穩(wěn)定的煤巷，到復合、破碎頂板巷道，從實體煤巷，到沿空掘巷，從小斷面巷道到大斷面開切眼，錨桿支護的使用范圍越來越廣，為礦井實現(xiàn)高產(chǎn)高效創(chuàng)造了良好條件。我國錨桿支護技術已形成了成套技術，包括：巷道圍巖地質力學測試技術；錨桿支護動態(tài)信息設計；高強度錨桿支護材料、樹脂錨固劑、W鋼帶及其軋制技術、特種錨桿與錨索支護技術；錨桿支護施工機具；錨桿支護監(jiān)測儀器與技術。 在錨桿支護技術中施工機具起著非常重要的作用，它直接影響錨桿施工質量和施工速度。錨桿鉆機按結構形式可分為單體式和鉆車式兩類，鉆車式又分為履帶式和膠輪式；按鉆機破巖方式可分為旋轉式、沖擊式和沖擊旋轉式；按鉆機動力形式可分為液壓、電動及風動式。目前我國煤礦綜掘巷道錨桿鉆機以便攜式單體錨桿機為主，連續(xù)采煤機掘進巷道以履帶式錨桿鉆車為主。從現(xiàn)場使用情況分析，風動單體錨桿機使用量大，應用范圍廣，經(jīng)過近年來的提高和完善，可靠性和使用壽命都有所提高。與連續(xù)采煤機配套的CMM25-4型四臂錨桿鉆車煤科總院太原研究院已研制成功，并批量生產(chǎn)。如圖3所示。圖3 CMM25-4型四臂錨桿鉆車CMM25-4型四臂錨桿鉆車樣機從2005年8月27日到11月27日在中國神華能源股份公司神東煤炭分公司補連塔煤礦井下進行了歷時3個月的井下工業(yè)性試驗。共打錨桿14 400根，日最高記錄384根，班最高記錄140根，最高小時錨桿數(shù)72根。實踐證明，整機及部件各項性能指標完全能夠滿足井下生產(chǎn)需要和設計要求。其中行走系統(tǒng)、錨鉆系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)性能優(yōu)于引進機型。二、我國煤礦主要高效掘進設備與國外存在的差距與國際先進水平相比，我國在用煤礦主要高效掘進設備的破巖能力、適應性及可靠性等方面還存在一定的差距。煤礦使用的高效掘進設備，如大功率重型掘進機、連續(xù)采煤機、掘錨機組、四臂錨桿鉆車以及履帶式全液壓鉆車等幾乎被國外廠商（或合資）所占領，連續(xù)采煤機基本被美國JOY公司所壟斷，掘錨機組主要由奧地利奧鋼聯(lián)公司提供，四臂錨桿鉆車由澳大利亞約翰芬蕾公司控制。我國煤及半煤巖巷掘進機最大截割功率為200kW與進口機型還有一定的差距，連續(xù)采煤機、掘錨機組國內正在處于研制階段，連續(xù)采煤機2007年上半年將推出樣機。國產(chǎn)重型掘進設備在設計制造、加工工藝、自動化技術和關鍵技術指標等方面同國際先進水平存在較大差距。1.大功率重型懸臂式掘進機技術比較與差距目前我國懸臂式掘進機主要有煤科總院太原研究院研制的EBJ(Z)系列、佳木斯煤機廠生產(chǎn)的S系列、煤科總院上海研究院設計的EBJ系列等型掘進機。代表機型主要有太原分院研制的EBJ-160、EBZ160TY和EBJ-120TP型掘進機，另外還有佳木斯煤機廠生產(chǎn)的S150、S200型掘進機。重型國產(chǎn)掘進機與國外先進設備的差距除總體性能參數(shù)偏低外，在基礎研究方面也比較薄弱，適合我國煤礦地質條件的截割、裝運及行走部載荷譜沒有建立，沒有完整的設計理論依據(jù)，計算機動態(tài)仿真等方面還處于空白；在元部件可靠性、控制技術、在截割方式、除塵系統(tǒng)等核心技術方面有較大差距，見表3。表3 大功率重型掘進機技術比較比較項目國外國內總體參數(shù)截割功率300kW，裝機總功率555kW，機重120t，截割斷面5.8m8.8m截割功率200kW，裝機總功率290kW，機重60t，截割斷面5.1m6.0m截割機構縱軸式、橫軸式內伸縮截割機構縱軸式內伸縮截割機構截齒焊接工藝真空熱處理，噴涂強化，截割硬度f =12真空熱處理，截割硬度f =810牽引方式變量泵，壓力25MPa變量泵，壓力23MPa自動控制技術全功能遙控，截割斷面監(jiān)視尚屬空白除塵方式外噴霧加機載除塵系統(tǒng)，除塵效果好內、外噴霧，除塵效果差潤滑方式自動集中潤滑人工操作2.連續(xù)采煤機技術比較與差距連續(xù)采煤機是美國JOY公司首創(chuàng)的，是世界上使用連續(xù)采煤機數(shù)量最多的國家，目前在用數(shù)量大約為1600臺。JOY公司是國際上最大的連續(xù)采煤機制造供應商，形成了從薄煤層到厚煤層的系列化產(chǎn)品，其制造水平處于世界領先地位。我國對連續(xù)采煤機的開發(fā)工作起步較晚，同類產(chǎn)品長期空白，還有許多核心技術進行攻關研究。連續(xù)采煤機還處于設計及元部件試驗階段，設備完全進口，在核心技術等方面需要攻關，見表4。表4 連續(xù)采煤機技術比較比較項目國外國內總體參數(shù)截割功率2205kW，裝機總功率640kW，機重74.9t，截割高度5.0m，截割寬度3.5m，生產(chǎn)能力35t/min截割功率2170kW，裝機總功率580kW，機重60t，截割高度4.6m，截割寬度3.3m，生產(chǎn)能力27t/min截割電機電機功率205kW需要進口電機、扭矩軸、摩擦離合器牽引方式直流或交流變頻，牽引功率237kW（DC）液壓馬達或交流變頻，牽引功率230kW（AC）冷卻技術采用溫度監(jiān)測傳感器，控制臺具有溫度和超溫報警斷電功能尚屬空白除塵方式內、外噴霧加機載除塵系統(tǒng)，除塵效果好外噴霧加機載除塵系統(tǒng)，需要進口機載除塵系統(tǒng)3.掘錨機組技術差距從20世紀90年代，奧鋼聯(lián)采礦設備公司開發(fā)了ABM20掘錨機組并投入市場，到現(xiàn)在全世界范圍內共有70多臺ABM20掘錨機組在使用。我國目前還處于試驗和研究階段，在掘錨機組總體設計、傳動件加工制造等方面有較大差距。掘錨機組是當今世界上代表高效掘進設備的最高技術水平，采用了許多新技術、新材料、新工藝，其研制開發(fā)的重點技術就是要解決如何實現(xiàn)掘錨平行作業(yè)問題。需要攻克的技術關鍵主要有：1）整體結構設計及穩(wěn)定性的研究；2）截割機構和裝運機構與行走機構、主機架及錨桿機之間相對滑移聯(lián)結技術；3）截割振動與錨桿機打眼振動抗干擾技術；4）截割滾筒伸縮技術；5）行走機構電牽引技術；6）遙控技術和自動化監(jiān)控技術；7）機載除塵及通風系統(tǒng)研究。三、煤巷機械化掘進高效作業(yè)線煤巷是煤礦掘進量最大的巷道，高效綜采工作面的快速推進，每年要消耗大量的煤巷。煤巷掘進速度直接影響著采掘接替，礦井掘進工作面中煤巷掘進面所占比重最大，投入的設備最多，最先進。煤巷機械化掘進高效作業(yè)線設備配置見表5。表5 煤巷機械化掘進高效作業(yè)線設備配置配套設備特點及適應范圍作業(yè)線一：懸臂式掘進機、單體錨桿鉆機、橋式轉載機、帶式輸送機、機載除塵設備適用于單巷掘進，適應范圍廣，掘錨不能平行作業(yè)作業(yè)線二：懸臂式掘進機機載錨桿機、橋式轉載機、帶式輸送機、機載除塵設備適用于單巷掘進，適應范圍廣，有利于提高支護效率 作業(yè)線三：連續(xù)采煤機、梭車、給料破碎機、帶式輸送機、四臂錨桿鉆車、鏟車適用于巷道條件較好的大斷面雙巷或多巷掘進，掘錨交叉作業(yè)，掘進速度快作業(yè)線四：掘錨機組、橋式轉載機、帶式輸送機適用于巷道斷面大的單巷掘進，掘錨平行作業(yè)，掘進速度快四、煤礦高效掘進技術發(fā)展趨勢（一）煤巷高效掘進技術發(fā)展趨勢1.發(fā)展掘錨一體化技術美國、澳大利亞、英國等主要產(chǎn)煤國家目前廣泛采用掘錨一體化技術，即通過掘錨機組實現(xiàn)掘錨平行作業(yè)。同連續(xù)采煤機和錨桿鉆車交叉換位施工相比，掘錨一體化適用范圍更廣，支護效果、掘進工效也有進一步改善，因而引起世界采礦界的廣泛關注，被譽為煤巷掘進的一次技術革命。掘錨一體化技術的核心是掘錨機組，是連續(xù)采煤機和錨桿鉆機的有機結合。1990年奧地利Voest Alpine公司根據(jù)澳大利亞煤礦的經(jīng)驗和需要，研究開發(fā)出ABM20掘錨機組，主副機架能夠相對滑動，解決了掘錨平行作業(yè)問題。該機安裝4臺頂板錨桿鉆機和2臺幫錨桿鉆機及臨時支護裝置。1992年改型為ABM30掘錨機組，將截割和裝運機構能力加大，減少錨桿鉆機臺數(shù)。1992年英國Anderson公司研制出KB掘錨機組樣機,結構特點與ABM20掘錨機組大體相當。比較有代表性的機型有Voest Alpine ABM20；Anderson KB；JOY 12CM15-15DDVG、12BM18。國外具有代表性的掘錨機組技術參數(shù)見表6。表6 掘錨機組主要技術參數(shù)技術參數(shù)ABM20KBII1SS12CM2012CM15-15DDVG12BM182048HPE230機器總長/m10.712.249.3310.510.9810.3311.512.5總功率/KW532500421437586417515400機器質量/t707360586556275截割高度/m2.23.51.83.22.12.81.93.92.484.62.03.372.13.71.83.5截割寬度/m4.34.94.55.64.84.24.84.75.53.54.74.85.24.08.0截割機構形式可伸縮滾筒可伸縮滾筒螺旋滾筒可伸縮滾筒可伸縮滾筒可伸縮滾筒可伸縮滾筒橫滾筒裝載機構形式星輪蟹爪加星輪T形刮板機T形刮板機T形刮板機-T形刮板機蟹爪頂板錨桿鉆機/臺445744244幫錨桿鉆機/臺22002220公司名稱奧鋼聯(lián)安德森久益久益久益久益BJD波拉特掘錨一體化施工工藝適合于頂板條件不太好的單巷及雙巷掘進。掘錨機組在國外已經(jīng)成熟并能得到廣泛應用，全世界現(xiàn)在有130多臺掘錨機組（包括安裝有錨桿鉆機的連續(xù)采煤機）在使用。澳、英等國應用中取得良好的效果，在大斷面煤巷掘進中年進尺達15 00020 000m。如澳大利亞長壁工作面順槽80%以上采用掘錨一體化施工。英國1992年對澳大利亞掘錨一體化應用情況進行考察后認為，發(fā)展一次成巷的掘錨一體化作為煤巷掘進的主要手段在英國勢在必行。目前幾種主要的掘錨機組在英國得到了應用，使用臺數(shù)為14臺。掘錨一體化施工技術在煤巷快速掘進，提高錨桿支護效果以及改善作業(yè)環(huán)境等方面具有很大的技術優(yōu)勢。采用掘錨一體化施工，成巷速度可提高65%以上，掘錨一體化施工循環(huán)時間一般在30min以內,正常情況下日進尺為4050m，月進1 0001 200m；采用掘錨一體化施工，錨桿在頂板暴露后及時安裝，使錨桿