煤矿机械化掘进技术探讨

关键词：煤矿；机械化；掘进；技术 

1 引言
掘进技术、装备和工艺水平，直接关系到煤矿生产的采掘接续、生产能力、经济效益和安全。为此，综合机械化掘进已成为我国煤炭生产和安全高效矿井建设必不可少的技术支撑。而要提高单进水平就必须最大限度的提高开机率、充分发挥综掘机的作用，就必须高度重视并很好地解决掘进机械化作业线的综合配套问题。掘支平行作业问题和岩巷综掘的储矸缓冲问题，是掘进机械化发展必须要面对、而目前又没有很好解决的两大技术问题。
2 机械化掘进的装备与工艺分析
2.1 煤巷的机械化掘进工艺分析
煤巷高效掘进配套方式主要有三种：一是悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配套作业线；二是连续采煤机与锚杆钻车配套作业线；三是掘锚一体化机组。
2.1.1 煤巷悬臂式掘进机的工艺
悬臂式纵轴掘进机、配胶带运输机出煤、单体锚杆钻机支护的作业方式，对煤层赋存条件有较好的适应性，主要有以下几个特点：① 液压传动结构简单，操作简便；② 电气系统实现PLC或EPLC控制，监控监测自动化、辅助故障诊断；③ 机型结构简单紧凑，稳定性高；④ 总体模块化设计；⑤ 操控、检修方便。
2.1.2 连续采煤机的掘进工艺分析
连续采煤机用于多巷掘进的快速掘进技术，虽然在同一台设备上实现掘进与锚杆支护不能平行作业，但采用多巷道掘进交叉作业，可实现掘锚平行作业，即先由连续采煤机进入掘进巷道 ，待连续采煤机掘进一定距离后，连续采煤机经联络巷退到另一个巷道，这时由锚杆钻车进入该巷道进行锚杆支护施工。如此方式交替循环进行，基本实现掘锚平行作业。连续采煤机用于长壁工作面顺槽必须双巷及三巷掘进，不能实现单巷掘进，这种掘进方式巷道空顶距离大，对地质条件要求高，用于煤巷掘进具有一定条件限制。
2.2 岩巷掘进机械化
2.2.1 破岩工艺
2.2.1.1 人工钻爆法破岩工艺分析 
风锤人工钻凿炮眼、爆破落岩。该工艺是我国煤炭系统岩巷破岩的主要工艺。这种工艺简单，但安全可靠性差，效率低，工人劳动强度大，单进水平低。
2.2.1.2 全液压钻车钻爆法破岩的工艺分析
液压钻车钻凿炮眼、爆破落岩。这种工艺凿岩效率高，钻进速度快，特别是硬岩钻进效率更高，大幅度减少凿岩单工序时间；钻眼质量高，爆破效果有保障；工效高，作业人员少，钻车一般两人操作，熟练时可一人操作；可实施中深孔爆破，提高爆破效率，从而提高循环进度；由于司机远离迎头，安全上更可靠；液压凿岩机比风动凿岩机噪音小的多，可改善工人劳动环境，单进水平提高更有潜力，必将成为硬岩掘进的主流工艺。
2.2.1.3 部分断面岩巷掘进机（纵轴悬臂）破岩工艺
岩巷纵轴悬臂掘进机切割破岩工艺，比钻爆工艺好、工人劳动强度低，巷道成型规整，对围岩扰动小、利于支护。在满足后排矸能力的前提支撑下，其单进水平提高幅度更大。
缺点是，切割过程中粉尘浓度高，内外喷雾加除尘风机仍达不到钻爆工艺相应的环境条件；EBZ-200H在岩石坚固性系数f值大于7时，破岩效率低、截齿消耗大、齿座磨损严重甚至磨通、主轴断裂等设备故障率明显提高。
2.2.1.4 全断面岩巷掘进机的破岩工艺
全断面岩石掘进机在国外已是一种完全成熟的掘进机械。它是集破岩、装运、支护等工序于一体自动化程度较高的施工工艺和装备系统。与传统的钻爆法相比，具有快速、高效、安全可靠、施工质量好、对围岩的扰动小等优点。由于TBM设备长度大，最小的也在80～100m，不便转弯，设备安装拆除工期长；又属于机械切割破岩，坚硬岩层中使用时，设备故障率高，效率低。因此，一般用于铁路隧道和城市地铁隧道施工，除平硐开拓的煤矿外，TBM不适合于煤矿井下施工。
2.2.2 破岩设备
2.2.2.1 全液压钻车
使用液压钻车作业线，可提高劳动效率、有利安全生产，提高单进水平。液压钻车的支臂、推进器和千斤顶都采用液压结构，并且在工作油缸前端普遍装有液压锁。随着凿岩爆破工艺的不断提高，巷道作业面的加大，凿岩钻车在生产建设中愈来愈显示出其优越性，同时在实际应用过程中对其要求也愈来愈高。其工艺流程为：全液压钻车钻眼→人工爆破落岩→侧卸车装岩→矿车运输→锚杆支护→喷射混凝土。
2.2.2.2 全断面岩巷掘进机的装备情况
国外，隧硐全断面岩石掘进机已有一百多年的历史，但国内TBM技术发展缓慢，国产掘进机单机单头掘进隧硐长度都在1.5km以下，不能适应长隧道工程的需要。主要表现在整机工作的可靠性﹑自动导向和液压伺服系统﹑大轴承的设计制造水平、主要零部件的使用寿命、液压元件的质量及整机作业的持续工作率等方面。
2.2.3 储装运系统
我国岩巷矸石储运工艺，绝大多数采用钢丝绳牵引耙斗装机配矿车装运，巷道式储矸。单进水平的提高很大程度上依赖于出矸工艺系统，装车效率低、成巷周期长，安全可靠性差。要提高岩巷单进水平，必须采用机械化工艺，做到破、装、储、运系统合理配置。配套方案有以下几种：
（1全液压钻车钻眼﹢人工爆破落岩﹢挖斗装岩机装岩﹢矿车外运
此种配置机械化装载程度比配侧卸式装岩机要高一点，但也只能在迎头矸石出尽后，方能进行下一循环，受矿车供给不连续的限制，单进的提高也比较困难。
（2）全液压钻车钻眼﹢人工爆破落岩﹢挖斗机装岩﹢梭车储矸﹢皮带装载﹢矿车外运
此种配套方式能快速地完成一个循环落矸的装、储、运，而不影响下一道支护工序及第二个循环，但这种配套方式设备占用量大，管理要求较高。
（3）全液压钻车钻眼﹢人工爆破落岩﹢侧卸车装岩﹢梭车储矸﹢皮带装载﹢矿车外运。此种配套工艺优点是装岩灵活，储运能力强，不影响装岩后工序的衔接。
（4）悬臂式纵轴岩巷掘进机破岩(内置一运)﹢内置二运﹢梭车储矸﹢皮带装载﹢矿车外运。此类配套工艺破岩速度快，在采用梭车储矸工艺时，储、装、运系统能与破岩速度相匹配，提供缓冲，可以直接进入下一循环。
在立井开拓的矿井，矸石依靠矿车提升运输。储、装、运系统的配套是否科学合理，直接关系到矸石的外运效率、影响着单进水平。无论采用凿岩台车钻爆还是悬臂纵轴掘进机破岩，均不能再利用巷道储矸。因此，岩巷机械化工艺，矸石的储存缓冲环节尤为重要。储矸能力的大小，决定了岩巷机械的开机率，制约着其能力的发挥和单进水平的提高。
3   对岩巷悬臂式掘进机工艺的思考：
① 除尘风机必须系列化，以便于与使用地点的压风量匹配设计，才能提高除尘效率保证除尘效果、创造良好的作业环境。
② 解决旋转密封问题，实现高压内喷雾，是喷头防堵的有效方法；
③ 后配套系统必须解决好矸石的储存缓冲问题，才能最大限度地发挥掘进机效能；
④ 部分断面悬臂纵轴刀盘加冲击头的岩巷掘进机可能是解决岩巷掘进的有效途径。