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1、 DOI ： 10.13199/j .cst.2010.01.62. wangh.007 第 38卷第1期 2010年 1月 煤炭科学技术 Coal Science and Technology Vol. 38 No. 1 Jan 2010 我国煤矿巷道掘进技术和装备的现状与发展 王 虹 (中国煤炭科工集团有限公司，北京 100013) 摘要：针 对我国煤矿巷道高效掘进的现状及特点，对煤巷、半煤岩巷及全岩巷 3种不同类型的巷 道掘进技术及典型掘进设备的性能参数进行了详细介绍；重点分析了我国煤矿主要掘进设备及技术 在破岩能力、适应性及可靠性等方面与国外掘进设备存在的差距，指出国产重型掘进设备在设
2、计制 造、加工工艺、自动化技术和关键技术等方面还需进 j完善和优化；结合我国煤矿巷道高效掘进 技术与装备存在的不足，对其发展趋势作了分析和预测。 关键词 ：煤矿巷道；高效掘进设备；掘进技术；发展预测 中图分类号： TD263 TD421. 5文献标志码： A文章编号 ： 0253 -2336 ( 2010) 01 -0057 -06 Present Status and Devebpnent ofM ineRoadway Heading Technology and Equpnent in China CoalM ine WANG Hong (China Coal Technology and
3、 Engineering Group Corporation, Beijirig 100013 China) Abstract According to ihe present status and the features of the mine roadw hgh efficient driving in China coalmine he paper had a detail introductiai on the mine roadway driving technolo for the full sean, coalmine ioadw, half rock mine roadway
4、 and rockm ine roadway and 4ie perfom ance parameters of he typical driving equipmaii The paper stressed the ana sis on he gap be Ween the Ch hese made mine roadway heading technology and typical heading equipment and the overseas heading equipments in 4ie rock breaking c 平 aci 取 suitability and rel
5、iabili The paper pointed out that he desn, manufacturing processing technique autoiatbn technology and key technology of he danestic heavy heading equipment shall be iirdier improved and optmized In ccmbiiatbnw ith ihe disadvantages existed in iiehigh efficien t heading technology and equipment fcr
6、the coaim ines in Chin the paper has anafysed and predated on the devel- opn ent tendmcy K ey words： coaim ine roadway, hgh efficient heading equipment heading technobgy devebpn entpred iction 我国煤炭生产以地下开采为主，煤层赋存条件 复杂，煤层厚度在零点几米到数十米之间变化。随 着综采技术的发展，国内已出现了年产数百万吨 级、甚至千万吨级的超级工作面，使年消耗回采巷 道大幅度增加，从而使巷道掘进成为煤矿
7、高效集约 化生产的共性及关键技术。掘进和回采是煤矿生产 的重要环节，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。 2007年原国有重点煤矿掘进 总进尺 823万 m,其中综掘进尺273万吗综掘程 度 3观，平均月进尺 334m 1。 1我国煤矿巷道掘进技术现状 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，占 总掘进巷道工程量的 7脱左右。煤巷掘进设备主 要是适
8、应经济截割普氏系数 /英国 MK3型重型悬臂式掘进机共 4台。 目前，我国超重型掘进机的研制尚处在起步阶 段，但发展迅速，己取得了部分研宄成果，目前超 重型岩巷掘进机己开始了井下工业性试验。超重型 掘进机主要技术参数：整机质量 80 125丨截割 功率 260 318娜，可经济截割普氏系数/ 12 适应巷道断面面积 16 35m2,装机总功率不大于 550娜，供电电压 1140V,机型以煤炭科学研宄 总院太原研宄院 EBH315石家庄煤机公司 EBH30Q佳木斯煤机公司 EBZ260和三一重装 EBZ318等机型为主。 1.2连续采煤机快速掘进技术 连续采煤机快速掘进技术是掘进与支护平行作 业
9、，并且可以实现边掘进边回收煤柱（即采掘合 一）的短壁开采工艺，掘进时一般采用双巷掘进 , 煤柱回收时分单翼和双翼 2种短壁机械化采煤工 艺。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 2个阶段。目前我 国神东公司、陕煤集团、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 80余台，用于大断面煤巷的掘进和 短壁开采。 1.3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
10、掘进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，掘锚机组主要有 2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。掘锚机组与连续 采煤机作业相比具有掘锚平行作业、单巷快速掘进 及顶板及时支护等优点 3。 我国最早引进 ABM20掘锚机的是晋城煤业公 司成庄矿， 2003年设备到矿， 2004年开始试验 , 此后鲁能集团上榆泉矿、兖矿集团鲍店矿、淮南矿 业集团、宁煤集团及神东公司先后引进 ABM20掘 锚机，目前国内己有十几台掘锚机组。该机结构外 形如图
11、 2所示。 图 2 ABM 20掘锚机外形 掘锚机组按作业方式划分可归为 2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 1类 , 12CM15-15DDVG掘锚机组为第 2类。 ABM20掘 锚机组是掘锚机组的典型代表，其作业方式是截煤 59 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，行走机构带着机体及锚杆 机向前移动，完成一个掘进循环。 A BM 20掘锚机在我国的试验取得了初步的成 功，但掘进进尺还有待进一步
12、提高。由于机器庞 大，对巷道条件要求高，适应范围较小。 国产第 1台 MLE250 /500 -M型掘锚机是国家 科技部 “ 十一五 ” 科技支撑计划项目 “ 厚煤层快 速掘进关键技术 ” 子项课题 “ 煤巷大断面掘锚联 合机组 ” 研制的样机，目前己完成了第 1轮的工 业性试验。 2我国主要高效掘进设备与国外差距 与国际先进水平相比，我国主要高效掘进设备 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 DY公司所垄断， 掘锚机组主
13、要由奥地利奥钢联公司提供。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。 2. 1大功率重型悬臂式掘进机技术比较 目前我国悬臂式掘进机主要有煤炭科学研宄总 院太原研宄院研制的 EBZ (H)系列、佳木斯煤机 厂生产的 S (EBZ)系列、三一重装生产的EBZ系 列。代表机型主要有太原研宄院研制的EBH315TY 和 EBZ220TY型掘进机，另外还有佳木斯煤机厂生 产的 EBZ23Q EBZ26Q EBZ300型掘进机，三一 重装生产的 EBZ20Q EBZ26Q EBZ318。 尽管 21 世纪以来我国悬臂式掘进机得到快速发展，并形成 了
14、系列化，但是，与国际先进水平相比，国内掘进 机在破岩能力、适应性及可靠性方面还存在一定的 差距，尤其在大功率重型掘进机方面表现最为突 出。大功率重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，在基础研宄方面也比 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尚处于起步阶段；在元部件 可靠性、自动控制技术、截割技术、除尘系统等核 心技术方面有较大差距。 2.2连续采煤机技术比较 美国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 1 600台。 JOY公司是最 大的连续采煤机制造供应商，形成了从薄煤层到厚
15、煤层的系列化产品，其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，还有许多核心技术需进行攻关研 宄。连续采煤机还处于设计及元部件试验阶段，设 备完全进口，在核心技术等方面需要攻关。 2.3掘锚机组技术比较 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，到现在全世界共 有 120多台 ABM 20掘锚机组在使用。我国目前还 处于试验和研宄阶段，在掘锚机组总体设计、传动 件加工制造等方面有较大差距。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
16、实现掘锚平行作业问题。 3煤矿高效掘进技术发展趋势 3.1继续发展综合机械化掘进技术 综合机械化掘进作业在我国井下高效掘进中的 主导地位，将持续存在。综合机械化作业技术进步 关键在于我国悬臂式掘进机今后发展的思路必然是 以提高效率、加快成巷速度为主，具体应从以下 4 个方面进行考虑： 1通过采用新型截割机构、掘进 机自动控制技术、改进支护方式等，提高新型悬臂 式掘进机的适应性； 星过对元部件的设计、选择 提高机器的可靠性； （ 0)通过对转运等后配套的研 宄，提高整机与生产系统的配套性；通过采取全 球采购、技术合作等方式转变企业创新体制、提高 悬臂式掘进机研制人员对市场的应变性。 从国外悬臂式
17、掘进机半个多世纪的发展过程来 看，截割功率加大化、整机重型化是一个必然的趋 势。我国悬臂式掘进机的发展过程也是如此，从我 国研制成功第 1台悬臂式掘进机到现在，悬臂式掘 进机切割功率在不断加大。目前，国产掘进机纵轴 式截割头功率达 318娜，横轴式截割头功率达 315 勝，可切割单轴抗压强度 100120MPa的岩石。 但是，与国际先进水平相比，国内掘进机在破岩能 力、适应性及可靠性方面还存在一定的差距。为 此，需要继续发展悬臂式掘进机研制技术，应该从 以下 7个方面的加快发展 4。 1) 不断扩大适用范围。不断加大掘进机截割 与断面截割硬度，研宄新型的截割方式与硬岩截 齿，扩展了掘进机的适用
18、范围。 2) 大力发展自动控制技术。随着实用型新技 术的发展，新型掘进机自动化趋势越来越明显。主 要表现为：推进方向监控、全功能遥控、智能监 测、预报型故障诊断、记忆截割、数据远程传输 等。虽然还有部分技术尚需时间的检验，但掘进机 自动控制技术的发展趋势不会变。 3) 不断探索新的截割技术。目前还在不断地 研究、试验新的截割技术，尤其是全岩巷岩石截割 技术的研宄。 4) 多功能集成趋势明显。掘进机主机集成机 载锚钻系统、机载临时支护系统、机载除尘系统 等，通过多功能的集成达到提高单机成巷速度和安 全生产的目标。 5) 工作可靠性不断提高。机器的可靠性是其 进行高效作业的根本保证。因此，掘进机各
19、部分的 结构型式、传动方式、使用材质等都要建立在实践 验证的基础上。 6) 研究试验手段更趋完善。进行新型破岩理 论、新型截割刀具、降低截割功耗技术的研宄和试 验，通过实物和数字仿真各类煤体、岩体的层理结 构和强度特性，试验和分析截割滚筒上的截齿、齿 座和筒体在岩 （ 煤）体的作用下的载荷特性。 7) 掘进装备的综合配套能力进一步加强。 3.2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巷道 主要掘进方式。国内外生产实践表明，在条件适宜 的矿区使用连续采煤机，具有投资少、出煤快、机 动灵活、适应性强、用人少、效率高、安全性高、 效益好等
20、优点。连续采煤机短壁机械化开采具有灵 活的特点，不但可用于回采，还可以作为掘进设备 使用。 神东公司及晋城煤业集团寺河矿采 用连续采煤 机掘进工作面巷道，取得了较好的效果。国内煤巷 多项掘进进尺纪录都是由连续采煤机来实现的，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方式。 3.3开展掘锚一体化技术 1) 继续发展基于连续采煤机的掘锚机组。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
21、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。 2) 研究开发基于悬臂式掘进机的掘锚同步作 业联合机组。基于连续采煤机的掘锚机能够实现掘 锚同步作业，但受截割方式与 T型截割机构限制， 无法在顶板条件差的煤巷、半煤岩及岩巷中使用， 推广应用受到限制；而基于现有悬臂式掘进机的掘 进及支护一体机，受截割臂悬臂过长和回转与升降 动作的影响无法实现掘锚同步作业，影响了掘进效 率。如何将 2种设备的优点结合起来，以悬臂式掘 进机为基础，改变悬臂升降与回 转方式，缩短悬 臂，采用掘锚机锚杆安装与支护方式实现基于悬臂 式掘
22、进机的掘锚同步作业，研制基于悬臂式掘进机 的掘锚同步作业联合机组，将是煤矿巷道高效掘进 的一个重要发展方向。基于悬臂式掘进机的掘锚同 步作业联合机组的主要研宄内容包括以下方面 : 1整机结构设计及工作稳定性；运蔵割机构； _截 割和装运机构滑移联结技术；截割振动与锚杆钻 机打眼振动抗干扰技术；机载销杆钻臂系统 ; %扇型伸缩伊板； 卜几载临时支护技术；（七遞控技 术及自动化监控技术。 掘锚一体化代表了煤矿巷道快速掘进技术的发 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，要针对我国煤矿的地质条件和施工工艺进行 研宄，提供多种配套形式，同时要
23、做好配套设备的 研制工作。 3.4提高巷道掘进配套技术水平 1)发展综合机械化掘进自动控制技术。煤矿 井下综合机械化掘进自动控制技术主要是以掘进机 为龙头，配套其他辅助设备，如除尘系统、掘进机 机载锚杆钻机、带式转载机、截割断面监控系统、 故障诊断系统、信息传输设备等来实现掘进工作面 生产过程的自动化控制和生产信息计算机管理网络 化，提高掘进水平，促进煤矿安全高效生产。综合 机械化掘进自动控制技术的高低代表了一个煤矿企 业的生产力发展水平和总体技术水平，直接制约了 矿井的资源效益向最大化发展，影响了国民经济的 发展，因此要加快发展综合机械化掘进自动控制技 术步伐。其主要内容有综掘工作面设备配套
24、技术、 掘销一体化技术、断面监视技术、掘进机自动截割 轮廓成形控制技术、遥控自动化技术、工况监测和 故障诊断技术、信息传输技术5。 2) 掘进工作面配套综合除尘系统。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 60% 70%。为了改善掘进工作面环境，煤 炭科学研宄总院太原研宄院与德国 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。 3) 煤巷快速掘进的地
25、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。 4) 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 (上接第 33页） 引起的，提出了包含 S和 g的综合指标 A对潘三 矿1U2煤层进行突出危险性预测，不仅进一步提 高了预测的准确性，减少了防突工程量，提高了掘 进进度，缓解了生产接替的紧张局面，而且为该矿 带来了较大的经济效益。 参考文献： 1 蔡鸿飞 .安徽省淮南煤田潘三矿勘探（精查补充）地质报 告 R.淮南：安徽煤田地质局第 1
26、勘探队， 1992 17 - 18 2 王兆丰，袁军伟 .淮南矿业（集团 ） 公司潘集、顾桥矿区 采掘工作面（井巷揭煤）瓦斯突出预测预报敏感指标及初 步临界值确定报告 R. 200& 62-63 3 中华人民共和国煤炭工业部 .防治煤与瓦斯突出规定 M .北京：煤炭工业出版社， 2009 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。 综上所述，巷道高效机械化掘进在我国煤炭生 产进程中的地位越来越重要，单进速度已成为我国 安全高效矿井建设的瓶颈。改革开放以来，我国坚 持走引进、吸收与自主创新相结合的道路，加快技 术改造和创新步伐，努力提高国产煤炭装备的技术 水
27、平，使我国综掘产业取得了很大的发展，但由于 思想观念、机制、历史沿革等因素，其发展道路是 低水平粗放式的，与国外相比在整机的自动化水 平、多功能性、可靠性方面还有很大的差距。 参考文献： 1 煤矿机械标准化委员会 .煤矿机械化年报 R丨 2007. 2 煤炭科学研究总院 .现代煤炭科学技术理论与实践 M . 北京：煤炭工业出版社， 2007. 3 凌建斌 .我国发展短壁机械化开采技术的必要性分析 J. 科技情报开发与经济， 27 ， 17(29): 210-211. 4 王虹，黄华城 .煤巷掘进设备发展状况与对策 J.煤 炭科学技术， 1994， 25(2): 8-11 5 李京 .OPC技术
28、及其在工业控制系统中的应用 M .上 海：华东理工大学出版社， 2002 作 者 简 介 ：王 虹（ 1959 -)，男，江苏江阴人，研宄员，硕 士，现任中国煤炭科工集团有限公司副总经理 。 Tel 010- 8426262 E-mail wanghon濟 ccteg. cn 收稿日期： 2009- 10 - 1?责任编辑：王宗禹 4 桕法松 .煤层钻孔瓦斯流量的数值模拟 J.安徽理工大 学学报：自然科学版， 24 ， 24(2): 9-12 5 王凯，俞启香 .钻孔瓦斯动态涌出的数值模拟研宄 J. 煤炭t, 20(H 26 (3): 9-12 6 王佑安，王魁军 .工作面突出危险性预测敏感指标确定方 法探讨 J.煤矿安全， 1991 22(10): 9-14. 7 胡千庭，邵军 .工作面预测敏感指标值确定方法的研宄 R1重庆：煤炭科学研宄总院重庆研宄分院， 1995 1 3 - 14 8 陈如忠 .薄煤层工作面突出敏感指标及其预测临界值的确 定J.煤矿安全， 200(5 37 (8): 24 -27 作者简介：王兆丰（ 1963 -)，男，湖南湘潭人，教授，博士 生导师，现在河南理工大学从事安全技术及工程的研宄与教学工 作。E -mail wz5988 163. ran 收稿日期： 2009 - 08 -的责任编辑：王晓珍