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1、煤矿高效掘进技术现状与发展趋势赵学社（煤炭科学研究总院太原研究院，山西省太原市，030006）摘要介绍了我国煤矿高效掘进与支护技术的现状，针对不同煤岩类型的巷道掘进技术进行了详细分析，分析了我国煤矿主要掘进设备与国外存在的差距，指出了煤矿高效掘进技术的发展趋势。关键词高效掘进掘进设备掘进技术锚杆支护我国煤炭开采以井工为主，2005 年国有重点煤矿 90.72的原煤产量来自井工开采。我国煤层赋存条件复杂，呈现多样性，煤层厚度从零点几M到几十 M之间变化，为了开采煤炭，需要开掘大量的煤岩巷道。2005 年原国有重点煤矿掘进总进尺7 464.6km，其中煤巷和半煤岩进尺约6 311.4km，占 84
2、.6 。2005年原国有重点煤矿综采机械化程度为75.79 ，而综掘机械化程度为25.87（综掘进尺 1 931.4km），综掘的发展远远滞后于综采。目前为保证原国有重点煤矿1 402 个采煤工作面的正常生产接替，共配套了 3 986 个掘进工作面（其中开拓工作面1 038 个），回采与掘进工作面的比例是1:3 ，为了实现采掘机械化的同步发展，满足当前500多个综采工作面的需要，综掘机械化程度应达到50以上。同时，随着综采技术的发展，国内已出现了年产几百万吨级、甚至千万吨级超级工作面，使年消耗回采巷道数量大幅度增加，从而使巷道掘进成为了煤矿高效集约化生产的共性及关键性技术。掘进和回采是煤矿生产
3、的重要生产环节，采掘技术及其装备水平直接关系到煤矿生产的能力和安全。高效机械化掘进与支护技术是保证矿井实现高产高效的必要条件，也是巷道掘进技术的发展方向。一、高效掘进与支护技术现状精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 18 页（一）煤巷高效掘进技术20 世纪 80 年代以来，我国对矿井设计进行了改革，取消了岩石集中巷布置方式，将开拓巷道和采准巷道布置在煤层中，增加了煤巷在井巷工程中的比例。目前，煤矿掘进巷道中大量的是煤巷，约占总掘进巷道工程量的 70左右。我国煤巷高效掘进方式主要有3 种：第 1 种是悬臂式掘进机与单体锚杆钻机
4、配套作业线，也称为煤巷综合机械化掘进，在我国国有重点煤矿得到了广泛应用，主要掘进机械为悬臂式掘进机，它适应范围广；第2 种是连续采煤机与锚杆钻车配套作业线，在我国神东、万利等矿区及鄂尔多斯地区进行了推广应用，主要掘进机械为连续采煤机，它需要多巷掘进，交叉换位施工；第3 种是掘锚机组掘锚一体化掘进，仅在一些矿区进行了使用，目前处于实验阶段。1. 煤巷综合机械化掘进煤巷综合机械化掘进由悬臂式掘进机、转载机、可伸缩带式输送机（或刮板输送机）、单体锚杆钻机、通风除尘设备及供电系统等设备组成。悬臂式掘进机是煤巷综合机械化掘进的关键设备，掘进机的性能对于提高掘进工效和掘进进尺具有重要作用。我国煤巷悬臂式掘
5、进机的研制和应用始于20 世纪 60年代，以 3050kW的小功率掘进机为主，研究开发和生产使用都处于实验阶段。80年代初期，为适应煤矿机械化生产发展的需要，我国引进了AM50 型、S-100 型掘进机两种为代表的机型，对发展我国综掘机械化起到了推动作用。同时，国内加强对引进机型的消化吸收工作，积极研制开发了适合我国地质条件和生产工艺的综合机械化掘进装备。经过近30 年的消化吸收和自主研发，目前，我国已形成年产1000余台的掘进机加工制造能力，研制生产了20 多种型号的掘进机，初步形成系列化产品，基本能够满足国内市场的需求。我国现用煤巷悬臂式掘进机主要技术性能参数见表1。表 1 我国煤巷悬臂式
6、掘进机主要技术性能技术参数AM50 S-100 EBJ-120TP EBZ160TY S150J ELMB-75C EBJ-160SH 断面 / 618 823 818 921 923 617 824 可截割硬度/MPa 60 70 60 80 80 70 80100 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 18 页机重 /t 26.8 27 36 51.5 44.6 23.4 53 总功率 /kW 174 145 190 250 205 130 314 截割功率 /kW 100 100 120 160 150/80 75 16
7、0 适应坡度 /（）16 16 16 16 16 16 16 系统压力/MPa 16 16 16 23 16 16 16 外形尺寸/mm m 7.5 2.1 1.65 12.2 2.8 1.8 8.6 2.11.55 9.8 2.55 1.7 9.0 2.81.8 8.22 2.5 1.56 10.8 2.7 1.5 生产厂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 型掘进机均为国外20 世纪 70年代的产品，设备功率小、机重轻、破岩能力低及可靠性差，仅适合在条件较好的煤巷中使用。近年来，我国相继开发了以EBJ-120TP型掘进机为代表的替代机型，在整体技术性能方
8、面达到了国际先进水平，正在推广应用。EBJ-120TP型掘进机于 2002年通过了中国煤炭工业协会组织的鉴定，2003 年获中国煤炭工业科技进步特等奖， 2004 年获国家科技进步二等奖，目前已应用500 多台。我国研制的新一代煤巷掘进机具有以下技术特点：1)整机结构紧凑、设计合理；2)机身矮、重心低、工作稳定性好；3)生产能力大、破岩能力强、适应性好；4)采用液压马达直接驱动装载机构，结构简单，工作稳定，可靠性高，减少了维护量；5)采用无支重轮履带行走机构和履带导向轮黄油缸张紧装置，提高了履带行走机构的可靠性；6) 液压系统简单可靠，增设了自动加油装置，提高了液压系统的可靠性；7) 电气系统
9、采用了PLC控制，具有工矿检测和故障诊断功能。近几年，国产掘进机在煤巷掘进中取得了较好的成绩，实际年进尺可达 6 0008 000m，基本满足了煤巷高效掘进的需要。2004年潞安矿业集团常村煤矿综掘一队采用 EBJ-120TP 型掘进机，在大断面煤巷掘进中创月进 680m的好成绩。 2005 年金峰集团寸草塔煤矿使用EBJ-120TP型掘进机最高日进尺为 72m,月进尺 905m 。2005 年鄂尔多斯宏景塔矿使用EBJ-120TP型精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 18 页掘进机日进尺达到了40m 。悬臂式掘进机在我国重
10、点煤矿已普遍使用，发挥了重要作用。但由于是单巷掘进，且采用单体锚杆进行锚杆支护，掘进和支护不能平行作业，影响了掘进速度的进一步提高。2. 大断面煤巷连续采煤机高效掘进连续采煤机是一种具有较大截割宽度的集落煤、装运及行走为一体的综合机械化掘采设备，在国外广泛应用于矩形断面的双巷或多巷快速掘进，以及短壁开采，已成为现代高产高效矿井的重要设备。我国引进连续采煤机始于 1979年，迄今为止大体经历了单机和成套设备引进两个阶段。目前我国神东公司、晋城煤业、万利公司、晋神公司、鲁能集团、伊东公司及伊泰公司等矿区使用连续采煤机近60 余台，用于大断面煤巷的掘进和短壁开采。连续采煤机掘进工作面设备配置按工作面
11、运输方式一般分为两种：一种是间断式运输方式，工作面配置为连续采煤机、运煤车或梭车、给料破碎机、锚杆钻车、铲车及胶带输送机；另一种是连续运输方式，工作面配置为连续采煤机、锚杆钻车、连续运输系统、铲车及胶带输送机。连续采煤机在大断面煤巷掘进时，连续采煤机与锚杆钻车采用交叉换位作业方式，如图 1 所示，连续采煤机在运输巷道掘进的同时，锚杆钻车正在回风巷道进行锚杆支护作业，当连续采煤机完成一个掘进循环时，与锚杆钻车交换位置。为满足机器调动和运输的要求，两条巷道之间每隔50m掘一条联络巷。图 1 连续采煤机双巷掘进我国神东矿区使用连续采煤机进行煤巷掘进取得了较好的成绩，平均精选学习资料 - - - -
12、- - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 18 页月进尺在 2 000m以上，并创造了多项全国纪录，为高产高效矿井生产准备提供了最佳技术途径。 2005 年神东公司榆家梁煤矿采用四个连采队，全年完成掘进进尺 63 368m，其中月进尺最高达7 802m，为全国之冠。 2004 年神东公司上湾矿连采二队使用12CM27-11D 型连续采煤机，掘进断面6m 4.4m, 创日进尺 163m ，双巷掘进月进尺3 070m。2003 年神东公司上湾矿连采一队使用单机三巷掘进，完成月进尺4 656m，创全国掘进纪录。除神东矿区外，在地质条件复杂的宁煤集团羊场湾使用连续采煤
13、机煤巷掘进，最高月进尺达 40m ，月进尺 1 000m。在我国连续采煤机实现煤巷高效掘进的使用经验表明，连续采煤机用于长壁工作面顺槽双巷及三巷掘进，完全可以满足高产高效综采工作面月推进速度的要求，而且掘进成本比采用悬臂式掘进机（如 S100 ）降低 160 元/m。但由于需要较好的煤层赋存条件，不能实现单巷掘进，连续采煤机用于煤巷掘进具有一定条件限制。国内连续采煤机的研制工作正在进行中。3. 掘锚机组掘锚一体化掘进为了实现煤巷快速高效掘进，适应锚杆支护技术的快速发展，世界主要采煤国的快速掘进装备在不断的发展，掘锚机组是适用于高产高效矿井煤巷高效掘进的掘锚一体化设备，是在连续采煤机或悬臂式掘进
14、机的基础上发展的一种新型掘进机型。掘锚机组是将掘进与支护有机地组合起来，减少掘进与支护设备的换位作业时间，在同一台设备上完成掘进和支护工艺。目前，掘锚机组主要两种：一种是以连续采煤机为基础的掘锚机组；另一种是悬臂式掘进机机载锚杆机的掘锚机。 1) 掘锚机组。掘锚机组在我国的应用还处于实验阶段，目前国内已有8 台掘锚机组，其中 7 台 ABM20 掘锚机组和 1 台 12CM15-15DDVG掘锚机组。掘锚机组按作业方式划分可化为两类：一类是同时实现掘锚作业的掘锚机组；另一类是先截割后支护的掘锚机组。ABM20 掘锚机组为第一类，12CM15-15DDVG掘锚机组为第二类。 ABM20 掘锚机组
15、是掘锚机组的典型代表，其作业方式是截煤和安装锚杆同时平行作业，即割煤滚筒联同装载运输机构整体向前推进割煤，与此同时，锚杆钻机则与发生履带主机架停在原位固定，锚杆钻机向顶板的侧帮打眼安装锚杆。随后，行走机构带着机精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 18 页体及锚杆机向前移动，完成一个掘进循环。2003年晋城煤业集团引进一台ABM20 掘锚机组，在成庄矿四盘区4214巷道进行了实验，巷道断面为4.9m3.3m。2004 年 1 月开始实验， 2 月份掘进进尺为 251m ，3 月份进尺为 402m ，4 月份进尺 550m 。实
16、验期间最高班进尺为 12m ，最高日进尺为 30.4m，该套设备具备了月进900m的生产能力。2003年神东公司引进一台JOY12CM15-15DDVG型掘锚机组，在乌兰木伦矿 3-1煤 63112 运输巷和 63114 回风巷的掘进工作面使用。2 巷道断面形状均为矩形，其中 63112 运输巷断面 5.4m3.4m。掘进作业时，掘进循环1.2m，当顶板完整，顶煤厚度在500mm 以上时，循环进尺可放宽为12m ，工作面最大空顶距为14.89m。月掘进进尺 1 200m，锚杆支护数量 4 020 套。生产小班最少进尺为26m ，日进尺最高为45m 。2005 年兖州煤业集团公司鲍店煤矿使用AB
17、M20S 型掘锚机组最高班进尺21m 、日进尺 53m 、月进尺 1 100m（巷道断面为 4.9m3.2m）；山西鲁能电煤公司上榆泉煤矿使用ABM20 型掘锚机组创出了月进1 388m(巷道断面17.5m2) 的国内使用掘锚机组的最好成绩。掘锚机组在我国的实验取得了初步的成功，但掘进进尺还有待进一步提高。由于机器庞大，对巷道条件要求高，适应范围较小。国内掘锚机组的研制工作正在进行中。2）悬臂式掘进机机载锚杆钻机。煤巷掘进过程中，掘进机掘进与巷道顶板支护之间的矛盾一直未能很好的解决，尤其是巷道采用锚杆支护后，支护时间所占比重过大，使得这一矛盾尤为突出。我国曾在掘进机上机载锚杆钻机的研究上作了一
18、些有益的尝试，相继研制了与AM-50型号和 S100型掘进机配套的机载锚杆钻机，同时在 20 世纪末也引进了带有多台锚杆机的英国LH1300H型掘进机和日本MRH-S220 型掘进机。但这种“机载锚杆机”与国外掘锚机组有相当大的区别，因为悬臂式掘进机在设计时未考虑锚杆机配置问题。锚杆钻机在掘进机上的安装位置见图2 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 18 页图 2 掘进机机载锚杆钻机综上所述，连续采煤机及掘锚机组适用于适合锚杆支护的煤巷高效掘进。在这类巷道条件下，连续采煤机及掘锚机组能够发挥其优势，具有成巷速度快、掘进
19、工效高、巷道成型好、工人劳动强度低等优点，特别是大断面煤巷掘进优点更为突出。（二）半煤岩巷高效掘进技术我国煤矿除煤巷外还有大量的半煤岩巷道需要掘进，主要为薄煤层以及 2.0m以下中厚煤层巷道，约占总掘进工程量的20左右。半煤岩巷道是指在掘进断面中，岩石面积占断面面积的2080的巷道。我国重点煤矿半煤岩巷的掘进基本上采用半煤岩悬臂式掘进机机械化作业线，半煤岩掘进机以中型和重型机为主，截割功率在120kW 以上，机重在 35t 以上。煤矿现用主流半煤岩巷悬臂式掘进机以EBJ-120TP 型、EBZ160TY 型及 S150J型三种机型为主，占半煤岩掘进机使用量的80以上。掘进机在半煤岩巷道掘进机过
20、程中由于岩石所占比例大，在机器选择时主要考虑以下几个方面：1）机重大、重心低、工作稳定性好；2）破岩能力强，截齿单刀力大；3）元部件可靠性高；4）系统简单可靠，便于维护。煤科总院太原研究院研制的EBJ(EBZ)系列半煤岩巷掘进机，采用大、小截割头 2 种配置方式，大截割头适应煤巷高效掘进，小截割头适应半煤岩巷掘进。 EBJ-120TP 型小截割头平均截齿单刀力在4 500N 以上，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 18 页EBZ160TY 小截割头平均截齿单刀力甚至达到了8 000N，截齿单刀力大，保证了破岩能力，真正满足
21、岩石硬度为f68 半煤岩巷的掘进。对重型大功率掘进机来说，当截割煤层时，因截割阻力较小，这时需要提高截割速度来提高生产率；当截割岩石时，截割阻力较大，为避免截割电机过载，同时也为减少截齿损耗，这时应降低截割速度，同时增大截割单刀力。 EBZ160TY 型掘进机采用恒功率双速截割电机，这种方式调速方便，且高、低速时电机功率恒定不变，低速时单刀力增大一倍，是同类机型的 1.5 2 倍，整机截割能力明显加强。平煤集团所辖矿区井下地质情况复杂，断层多，煤层薄，煤层中多有夹矸，夹矸厚度一般为300400mm 。因此，掘进机要经常切割硬度为f68 的岩石。 EBJ-120TP型掘进机现已成为半煤岩巷掘进的
22、主力机型，全公司使用近 50 台，分布在平煤集团下属的各矿，这些机器基本用于半煤岩巷道的掘进，因适合矿区井下工况和地质条件，使用效果非常好。2004 年6 月，平煤集团六矿使用EBJ-120TP型掘进机创半煤岩巷掘进月进816m的全国纪录。薄煤层含硬硫化铁结核半煤岩巷掘进是兖矿集团面临的一个主要问题。兖矿集团南屯煤矿16上煤层平均厚度为1.0m，煤层中含有硫化铁结核，其硬度系数超过12，底板为铝质泥岩，平均厚度1.0m，遇水膨胀、松软，采用综掘机械化施工难度大。为探索薄煤层半煤岩掘进新工艺，提高巷道单进水平，经过充分调研，选择EBJ-120TP型掘进机作为掘进设备。实验期间，先后创出最高班进9
23、.7m、日进 26.4m、月进 605m的同类条件国内一流水平，大大减轻了职工的劳动强度，取得了良好的效果。目前，兖州矿区半煤岩掘进机在用数量已达到10余台。EBZ160TY 型掘进机已在新汶、平顶山、汾西、西山、鄂尔多斯等矿区使用。 EBZ160TY 型掘进机在新汶矿业集团已推广十几台，新汶翟镇矿使用EBZ160TY 型掘进机掘进 3203 中间巷，属半煤岩巷，月进尺达486m ，是炮掘的 3 倍。（三）岩巷高效掘进技术目前，国内岩巷施工仍以钻爆法为主，岩巷悬臂式掘进机在我国正在进行实验。以钻爆法为主的岩巷机械化作业线，主要有二种，一种是气腿精选学习资料 - - - - - - - - -
24、名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 18 页式凿岩机配耙斗式或铲斗式装岩机作业线；另一种是全液压钻车配侧卸装岩机作业线。第一种在我国应用较多，掘进速度一般为6070m/月。第二种在我国应用较少，据统计，2005 年全国重点煤矿全液压钻车在用台数为27 台，掘进进尺为 6 200m。1. 全液压钻车配侧卸装岩机岩巷高效掘进我国大断面岩巷快速高效机械化综合配套作业线以CMJ17 履带式全液压钻车配 ZC-3履带式侧卸装岩机为代表，在岩巷掘进中取得了较好的成绩。CMJ17履带式全液压钻车主要优点：双臂凿岩，凿岩速度快，工作效率高，凿岩速度可达0.8 2.0m/min；液压系统先进
25、，设有凿岩机自动返回及防卡钎装置，操作方便，安全可靠；机身小、结构紧凑、重心低、机动灵活，采用履带行走方式，工作稳定，爬坡能力强，对工作面、顶板、侧帮、底板均能全断面凿岩作业；采用模块式结构，拆装方便，动力单一化，能耗低，噪音低，可大幅度改善工作环境，提高施工效率和施工质量。国产履带式全液压钻车主要技术参数见表2。表 2 国产履带式全液压钻车主要技术参数技术参数CMJ17 CMJ17A LC12-2B 钻孔速度/mmin-1 0.8 2 0.8 2 0.8 2 钎杆长度 /m 2.745 2.745 2.745 孔径/mm 2742 2742 2742 孔深（一次推进）/m 2.13 2.13
26、 2.5 适应断面 ( 宽高)/m 225.02 3.53 225.024.23 225.9724.6 行走速度 /km/h 3 3 3 爬坡角度 /% 25 25 25 配凿岩机型HYD200 HYD200 HYD200 外形尺寸 /mm m 7.2 1.031.6 7.2 1.03 1.8 7.2 1.2 1.8 电机容量 /kW 45 45 55 电压等级 /V 660或 380 660或 380 660或 380 整机质量 /t 8 8 9 该机械化配套作业线主要具有以下特点：1）凿岩和装岩速度快，单进和效率高。大断面岩巷钻凿70余个炮精选学习资料 - - - - - - - - -
27、名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 18 页眼，液压钻车可在60min 内完成，而气腿式凿岩机需200min；侧卸装岩机生产效率比普通耙斗装岩机提高2 倍，凿岩速度和装岩生产率的提高，促进了单进的提高。2）劳动强度低，人员少，安全可靠。3）实现了大断面岩巷的全断面一次钻眼、一次定炮、一次起爆、一次支护的掘进技术，保证岩巷全断面支护的整体性，提高了支护质量。开滦集团公司钱家营矿 850m水平东翼轨道大巷，半圆拱形断面，锚喷支护和锚网喷支护，掘进面积为5.1m3.85m，掘进面积 16.84m2，采用CMJ17履带式全液压钻车配ZC-3 履带式侧卸装岩机作业线。2005年累计进
28、尺 1 202.6m，折合标准岩巷 1 648.6m，平均月进尺 100.2m，折合标准岩巷月进尺 137.4m，工效为 2.18m/( 工月 )，实现了快速、高效施工。2. 全岩巷重型悬臂式掘进机掘进重型悬臂式掘进机用于大断面岩巷的掘进在我国处于实验阶段，新集能源股份公司、新汶矿业集团、淮南矿业集团及平顶山煤业集团公司等企业先后引进了德国WAV300 、奥地利 AHM105 、英国 MK3 型重型悬臂式掘进机共 4 台。目前国内使用的掘进机截割岩石硬度仅为6080 MPa左右，在遇到断层多、地质条件复杂的岩层时，极易趴“窝”，掘进效率低下。AHM105 型巷道掘进机是奥地利奥钢联公司的巷道掘
29、进设备，已在美国、澳大利亚、南非等国使用。新汶矿业集团公司经对比分析，认为AHM105 型掘进机比较适应复杂的地质条件，于2006年引进 1 台。AHM105 现在用于龙固矿北区辅助运输大巷的掘进，该巷道为全岩巷道，巷道断面，净宽5.64m,净高 4.5 m 。AHM105 掘进机是从 2006 年 10 月开始使用，三个月累计进尺240m ，消耗截齿 35把，最高日进尺6m ，曾实现 15d 进尺 90m 。截割最硬的岩石为细砂岩，硬度为 f10 左右，日进尺 2.4m。实验反映机器的稳定性好，故障点少，遥控器的使用给操作带来了方便，但存在拱形巷道成型比较困难和湿式除尘器使用效果不好等问题。
30、岩巷机械化高效掘进也是淮南矿业集团岩巷掘进面临的技术 瓶颈 问题，通过调研、论证，提出了引进岩巷掘进机的技术方案。MK3型重型掘进机是由英国多斯科公司生产制造，具备岩巷掘进月进尺300m以上的能力。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 18 页目前该机正在潘二矿进行实验，掘进巷道为半圆拱形，断面5.4m4.2m，全岩巷道，岩石为石英砂、钙质砂岩，硬度系数f45。使用两个半月，累计进尺 300m ，最高月进尺 180m ，截齿消耗 0.5 把/m，其中含有一段长10m左右，夹有 4m厚的白砂岩，岩石硬度f7.2 。实验反映配备
31、的断面显示功能对巷道超挖控制较为实用，但铲板前伸功能作用不突出，掘进面降尘效果不好。虽然全岩巷重型悬臂式掘进机在我国煤矿的应用还处于实验阶段，但代表了岩巷掘进技术的发展方向。（四）煤矿锚杆支护技术巷道支护技术是煤炭开采中的一项关键技术。安全、合理、有效的巷道支护是保证矿井实现高产高效的必要条件。近年来，煤巷锚杆支护技术发展极为迅速。由于这种支护方式具有支护效果好、成本低等诸多特点，它的广泛采用给煤矿企业带来巨大的技术经济效益。锚杆支护已经成为巷道支护的一个主要发展方向。目前，锚杆支护技术已在我国高产高效矿井中得到了广泛应用。从薄及中厚煤层回采巷道，到综采放顶煤工作面沿煤层底板掘进的全煤巷道；从
32、顶板比较稳定的煤巷，到复合、破碎顶板巷道，从实体煤巷，到沿空掘巷，从小断面巷道到大断面开切眼，锚杆支护的使用范围越来越广，为矿井实现高产高效创造了良好条件。我国锚杆支护技术已形成了成套技术，包括：巷道围岩地质力学测试技术；锚杆支护动态信息设计；高强度锚杆支护材料、树脂锚固剂、W钢带及其轧制技术、特种锚杆与锚索支护技术；锚杆支护施工机具；锚杆支护监测仪器与技术。在锚杆支护技术中施工机具起着非常重要的作用，它直接影响锚杆施工质量和施工速度。锚杆钻机按结构形式可分为单体式和钻车式两类，钻车式又分为履带式和胶轮式；按钻机破岩方式可分为旋转式、冲击式和冲击旋转式；按钻机动力形式可分为液压、电动及风动式。
33、目前我国煤矿综掘巷道锚杆钻机以便携式单体锚杆机为主，连续采煤机掘进巷道以履带式锚杆钻车为主。从现场使用情况分析，风动单体锚杆机使用量大，应用范围广，经过近年来的提高和完善，可靠性和使用寿命都有所提高。与连续采煤机配套的 CMM25-4 型四臂锚杆钻车煤科总院太原研究院已研制成功，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 18 页并批量生产。如图3 所示。图 3 CMM25-4 型四臂锚杆钻车CMM25-4 型四臂锚杆钻车样机从2005 年 8 月 27 日到 11 月 27 日在中国神华能源股份公司神东煤炭分公司补连塔煤矿井下进
34、行了历时3 个月的井下工业性实验。共打锚杆14 400 根，日最高记录 384 根，班最高记录140 根，最高小时锚杆数72 根。实践证明，整机及部件各项性能指标完全能够满足井下生产需要和设计要求。其中行走系统、锚钻系统、除尘系统、电气系统性能优于引进机型。二、我国煤矿主要高效掘进设备与国外存在的差距与国际先进水平相比，我国在用煤矿主要高效掘进设备的破岩能力、适应性及可靠性等方面还存在一定的差距。煤矿使用的高效掘进设备，如大功率重型掘进机、连续采煤机、掘锚机组、四臂锚杆钻车以及履带式全液压钻车等几乎被国外厂商（或合资）所占领，连续采煤机基本被美国JOY公司所垄断，掘锚机组主要由奥地利奥钢联公司
35、提供，四臂锚杆钻车由澳大利亚约翰芬蕾公司控制。我国煤及半煤岩巷掘进机最大截割功率为200kW与进口机型还有一定的差距，连续采煤机、掘锚机组国内正在处于研制阶段，连续采煤机2007年上半年将推出样机。国产重型掘进设备在设计制造、加工工艺、自动化技术和关键技术指标等方面同国际先进水平存在较大差距。1. 大功率重型悬臂式掘进机技术比较与差距目前我国悬臂式掘进机主要有煤科总院太原研究院研制的EBJ(Z)系列、佳木斯煤机厂生产的S系列、煤科总院上海研究院设计的EBJ系列等型掘进机。代表机型主要有太原分院研制的EBJ-160、EBZ160TY 和 EBJ-120TP型掘进机，另外还有佳木斯煤机厂生产的S1
36、50、S200型掘进机。重精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 18 页型国产掘进机与国外先进设备的差距除总体性能参数偏低外，在基础研究方面也比较薄弱，适合我国煤矿地质条件的截割、装运及行走部载荷谱没有建立，没有完整的设计理论依据，计算机动态仿真等方面还处于空白；在元部件可靠性、控制技术、在截割方式、除尘系统等核心技术方面有较大差距，见表 3。表 3 大功率重型掘进机技术比较比较工程国外国内总体参数截割功率300kW ，装机总功率555kW ，机重 120t ，截割断面5.8m8.8m 截割功率 200kW ，装机总功率29
37、0kW ，机重 60t ，截割断面5.1m6.0m 截割机构纵轴式、横轴式内伸缩截割机构纵轴式内伸缩截割机构截齿焊接工艺真空热处理，喷涂强化，截割硬度f =12 真空热处理，截割硬度f =810 牵引方式变量泵，压力25MPa 变量泵，压力23MPa自动控制技术全功能遥控，截割断面监视尚属空白除尘方式外喷雾加机载除尘系统，除尘效果好内、外喷雾，除尘效果差润滑方式自动集中润滑人工操作2. 连续采煤机技术比较与差距连续采煤机是美国JOY公司首创的，是世界上使用连续采煤机数量最多的国家，目前在用数量大约为1600台。JOY公司是国际上最大的连续采煤机制造供应商，形成了从薄煤层到厚煤层的系列化产品，其
38、制造水平处于世界领先地位。我国对连续采煤机的开发工作起步较晚，同类产品长期空白，还有许多核心技术进行攻关研究。连续采煤机还处于设计及元部件实验阶段，设备完全进口，在核心技术等方面需要攻关，见表4。表 4 连续采煤机技术比较比较工程国外国内总体参数截割功率 2205kW ，装机总功率 640kW ，机重 74.9t ，截割高度 5.0m，截割宽度3.5m，生产能力 35t/min 截割功率 2170kW ，装机总功率 580kW ，机重 60t ，截割高度 4.6m，截割宽度3.3m，生产能力 27t/min 截割电机电机功率 205kW 需要进口电机、扭矩轴、摩擦离合器牵引方式直流或交流变频，
39、牵引功率237kW （DC ）液压马达或交流变频，牵引功率 230kW （AC ）冷却技采用温度监测传感器，控制台尚属空白精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 18 页术具有温度和超温报警断电功能除尘方式内、外喷雾加机载除尘系统，除尘效果好外喷雾加机载除尘系统，需要进口机载除尘系统3. 掘锚机组技术差距从 20世纪 90 年代，奥钢联采矿设备公司开发了ABM20 掘锚机组并投入市场，到现在全世界范围内共有70 多台 ABM20 掘锚机组在使用。我国目前还处于实验和研究阶段，在掘锚机组总体设计、传动件加工制造等方面有较大差距。
40、掘锚机组是当今世界上代表高效掘进设备的最高技术水平，采用了许多新技术、新材料、新工艺，其研制开发的重点技术就是要解决如何实现掘锚平行作业问题。需要攻克的技术关键主要有：1）整体结构设计及稳定性的研究；2）截割机构和装运机构与行走机构、主机架及锚杆机之间相对滑移联结技术；3）截割振动与锚杆机打眼振动抗干扰技术；4）截割滚筒伸缩技术；5）行走机构电牵引技术；6）遥控技术和自动化监控技术；7）机载除尘及通风系统研究。三、煤巷机械化掘进高效作业线煤巷是煤矿掘进量最大的巷道，高效综采工作面的快速推进，每年要消耗大量的煤巷。煤巷掘进速度直接影响着采掘接替，矿井掘进工作面中煤巷掘进面所占比重最大，投入的设备
41、最多，最先进。煤巷机械化掘进高效作业线设备配置见表5。表 5 煤巷机械化掘进高效作业线设备配置配套设备特点及适应范围作业线一：悬臂式掘进机、单体锚杆钻机、桥式转载机、带式输送机、机载除尘设备适用于单巷掘进，适应范围广，掘锚不能平行作业作业线二：悬臂式掘进机机载锚杆机、桥式转载机、带式输送机、机载除尘设备适用于单巷掘进，适应范围广，有利于提高支护效率精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 18 页作业线三：连续采煤机、梭车、给料破碎机、带式输送机、四臂锚杆钻车、铲车适用于巷道条件较好的大断面双巷或多巷掘进，掘锚交叉作业，掘进速度
42、快作业线四：掘锚机组、桥式转载机、带式输送机适用于巷道断面大的单巷掘进，掘锚平行作业，掘进速度快四、煤矿高效掘进技术发展趋势（一）煤巷高效掘进技术发展趋势1. 发展掘锚一体化技术美国、澳大利亚、英国等主要产煤国家目前广泛采用掘锚一体化技术，即通过掘锚机组实现掘锚平行作业。同连续采煤机和锚杆钻车交叉换位施工相比，掘锚一体化适用范围更广，支护效果、掘进工效也有进一步改善，因而引起世界采矿界的广泛关注，被誉为煤巷掘进的一次技术革命。掘锚一体化技术的核心是掘锚机组，是连续采煤机和锚杆钻机的有机结合。 1990 年奥地利 Voest Alpine公司根据澳大利亚煤矿的经验和需要，研究开发出 ABM20
43、掘锚机组，主副机架能够相对滑动，解决了掘锚平行作业问题。该机安装4 台顶板锚杆钻机和2 台帮锚杆钻机及临时支护装置。1992 年改型为 ABM30 掘锚机组，将截割和装运机构能力加大，减少锚杆钻机台数。 1992 年英国 Anderson 公司研制出 KB 掘锚机组样机 , 结构特点与ABM20 掘锚机组大体相当。比较有代表性的机型有Voest Alpine ABM20 ；Anderson KB；JOY 12CM15-15DDVG、12BM18 。国外具有代表性的掘锚机组技术参数见表6。表 6 掘锚机组主要技术参数技术参数ABM20KBII1SS12CM2012CM15-15DDVG12BM1
44、82048HPE230机器总长/m 10.7 12.24 9.33 10.5 10.98 10.33 11.5 12.5 总功率/KW 532 500 421 437 586 417 515 400 机器质量/t 70 73 60 58 65 5 62 75 截割高度/m 2.2 3.5 1.8 3.2 2.1 2.8 1.9 3.9 2.48 4.6 2.0 3.37 2.1 3.7 1.8 3.5 截割宽度/m 4.3 4.9 4.5 5.6 4.8 4.2 4.8 4.7 5.5 3.5 4.7 4.8 5.2 4.0 8.0 截割机构形式可伸缩滚筒可伸缩滚筒螺旋滚筒可伸缩滚筒可伸缩滚筒
45、可伸缩滚筒可伸缩滚筒横滚筒装载机构形式星轮蟹爪加星轮T形刮板机T 形刮板机T 形刮板机- T 形刮板机蟹爪顶板锚4 4 57 4 4 2 4 4 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 18 页杆钻机 / 台帮锚杆钻机 / 台2 2 0 0 2 2 2 0 公司名称奥钢联安德森久益久益久益久益BJD 波拉特掘锚一体化施工工艺适合于顶板条件不太好的单巷及双巷掘进。掘锚机组在国外已经成熟并能得到广泛应用，全世界现在有130多台掘锚机组（包括安装有锚杆钻机的连续采煤机）在使用。澳、英等国应用中取得良好的效果，在大断面煤巷掘进中年进尺
46、达15 00020 000m。如澳大利亚长壁工作面顺槽 80% 以上采用掘锚一体化施工。英国1992 年对澳大利亚掘锚一体化应用情况进行考察后认为，发展一次成巷的掘锚一体化作为煤巷掘进的主要手段在英国势在必行。目前几种主要的掘锚机组在英国得到了应用，使用台数为14 台。掘锚一体化施工技术在煤巷快速掘进，提高锚杆支护效果以及改善作业环境等方面具有很大的技术优势。采用掘锚一体化施工，成巷速度可提高 65% 以上，掘锚一体化施工循环时间一般在30min 以内, 正常情况下日进尺为 4050m ，月进 1 0001 200m；采用掘锚一体化施工，锚杆在顶板暴露后及时安装，使锚杆支护质量大幅度提高，支护
47、效果显著改善；采用掘锚机组施工巷道成型好且能够改善锚杆支护作业环境和安全。煤巷掘锚一体化代表了煤巷快速掘进技术的发展方向，是高产高效矿井技术的重要组成部分。掘锚一体化施工技术优势明显，在我国有广泛的应用前景。煤巷高效掘进技术应重点发展掘锚一体化，要针对我国煤矿的地质条件和施工工艺进行研究，提供多种配套形式，如掘锚机组、掘进机机载锚杆钻机，同时要抓好配套设备的研制工作。2. 大断面多巷掘进推广使用连续采煤机连续采煤机多巷掘进是美、澳等主要采煤国家长期采用的掘进技术，已成为高产高效工作面顺槽主要掘进方式。我国神东公司及晋城煤业集团寺河矿采用连续采煤机掘进工作面顺槽，取得了较好的效果。国内煤巷多项掘
48、进进尺纪录都是由连续采煤机来实现，连续采煤机在我国的使用数量以每年 15台左右递增。连续采煤机煤巷掘进的优点突出，采掘合一，掘进速度快。连续采煤机多巷高效掘进是目前高产高效工作面采掘准备的优选精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 18 页方式。（二）半煤岩及全岩巷高效掘进技术发展趋势我国煤矿半煤岩及全岩巷高效掘进技术是以发展大功率重型悬臂式掘进机为主，采用重型悬臂式掘进机实现高效掘进。大功率重型悬臂式掘进机是我国悬臂式掘进机的发展方向，具有重型化、大功率及自动化的特点。悬臂式掘进机切割功率在不断加大，纵轴式截割头功率达250
49、kW ，横轴式截割头功率达350kW ，可切割 100120MPa 的岩石；广泛采用新技术、新工艺，提高整机自动化水平，如整机遥控技术、推进方向监控、切割电机功率自动调节、截割路径循环程控、切割断面轮廓尺寸监控及工况检测和故障诊断等；进一步优化截割、装载、行走等结构形式，探索新型截割方式，拓宽掘进机应用范围。全岩巷钻爆法施工发展重点是发展履带式全液压锚杆钻车，不断提高整机性能，提高自动化水平。（三）高效掘进配套技术发展趋势1）掘进工作面配套机载除尘设备。目前，我国掘进工作面采用的除尘方式主要是喷雾除尘，这种方式可靠性差、效果不理想，除尘效率最高只能达到 6070。为了改善掘进工作面环境，太原研
50、究院与德国 CFT公司共同研制开发了一套适合中国国情的掘进工作面高效除尘系统，该系统的除尘效率可达到99.4 ，除尘技术达到国际先进水平，这种掘进工作面高效除尘系统具有广阔的应用前景，是掘进工作面配套机载除尘设备的发展方向。2）煤巷快速掘进的地质保障关键技术。煤巷施工中经常要遇到地质条件的变化，影响了掘进速度。重点发展独头掘进巷道小构造等地质异常体的 150m超前探测和探测结果的三维可视化快速显示等技术。3）全面推广锚杆支护技术。锚杆支护技术在我国重点矿区得到了广泛应用，今后重点推广煤及半煤岩巷围岩（煤）地质力学测试与评估、动态信息锚杆设计技术，完善锚杆支护技术。五、结语随着现代化矿井的建设，