煤矿高效掘进技术现状与发展趋势_赵学社.docx

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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，山西太原 030006) 摘要： 介绍了我国煤矿巷道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 行了详细介绍，分析了我国煤矿主要掘进设备与国外技术存在的差距，指出了煤矿巷道高效掘进技 术的发展趋势。 关键词 ：煤矿巷道；高效掘进；设备技术；锚扞支护 中图分类号： TD263 文献标志码： A 文章编号 ： 0253 -2336 (2007) 04 -0001 - 11 Present status and development tendency of high efficient roadway driv

2、ing technology in coal mine ZHAO Xue-she (Taiyuan Research Institute, China Coal Research Institute, Taiyuan 030006, China) Abstract： The paper introduced the present status of the. high efficient mine roadway driving and support technologies in China coal mines. In detail, the paper introdured the

3、driving technology for mine roadways in different seams and rocks. The paper analyzed the gap between the major mine driving equipment made in China and the overseas technologies. The paper provided the development tendency of the mine roadway driving technology. Key words： mine roadway； high effici

4、ent driving； equipment and technology； bolt support 我国煤炭开采以地下开采为主， 2005年国有 重点煤矿 90. 72%的原煤产量来自地下开采。我国 煤层赋存条件复杂，呈现多样性，煤层厚度从零点 几米到几十米之间变化，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. 6 km， 其中煤巷和半煤岩进尺 6 311.4 km,占 84. 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 1 931.4 km)，综掘的发展远滞后于综 采。

5、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 1：匕例是 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

6、条件，也是巷道掘进技 术的发展 方向。 1煤及半煤岩巷高效掘进技术现状 1.1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%。煤巷掘进设备主要 是适应经济截割普氏系数 / = 4的煤巷掘进。 我国煤巷高效掘进方式主要有 3种：第一种是 悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配套作业线，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，掘进机械多为悬臂式煤巷掘进机，它适 应范围广；第二种是连续采煤机与锚杆钻车配套

7、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；第三种是掘锚机组掘 锚一体化掘进，仅在一些矿区进行了使用，目前处 于试验阶段。 1.1.1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。目前我国煤巷掘进大多采用大马拉小车设备 配套方式，以半煤岩巷掘进机代替煤巷掘进机，提 高设备工作可靠性。 我国煤巷悬臂式掘进机的研制

8、和应用始于 20 世纪 60年代，以 30 50 kW的小功率掘进机为主 , 研究开发和生产使用都处于试验阶段。 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 AM5Q型、 S-100型掘进机 2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 1 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

9、。 表 1我国煤巷悬冓式掘进机主要技术性能 掘进机型号 仪 7N麥奴 AM50 S-100 EBJ-120TP EBZ160TY S150J ELMB-75C EBJ -I60SH 断面 /m2 6 I8 8 23 8 18 9 21 9-23 617 8-24 可截割硬度 /MPa 60 70 60 80 80 70 80-100 机重 /I 26. 8 27.0 36.0 51.5 44. 6 23.4 53.0 总功率 /kW 174 145 190 250 205 130 314 截割功率 /kW 100 100 120 160 150/80 75 160 适应坡度 / () 6 16

10、 16 16 16 16 16 系统压力 /MPa 16 16 16 23 16 16 16 外形尺寸 /ni x m x m 7. 5 x 2. 1 x 1 .65 丨 2. 2x2. 8x1.8 8. 6 x 2. 1 x L 55 9.8x2.55x1.7 9. 0 x 2. 8 x 1. 8 8.22x2.5x1.56 10. 8 x 2. 7 x 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、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 E

11、BJ - 120TP型掘进机为代表的替代机 型，在整体技术性能方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： 整机结构紧凑、设计合理； 机身矮、重 心低、工作稳定性好； 生产能力大、破岩能力 强、适应性好； 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； 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

12、； 液压系统简单可靠，增设了自动加油装置，提 2 高了液压系统的可靠性； 电气系统采用了 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 6 000 8 000 m， 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 680 m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 72 m， 月进尺 905 m。 2005年鄂尔 多斯宏景塔矿使用EBJ - 120TP型掘进机日进尺达 到了 40 m。 悬臂式

13、掘进机在我国重点煤矿已普遍 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。 1.1.2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】 979年，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、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

14、采。 连续采煤机掘进工作面设备配置按工作面运输 方式一般分为 2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、铲车及带式输送机；另一种是连续 运输方式，工作面配置为连续釆煤机、锚杆钻车、 连续运输系统、铲车及带式输送机。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，如图丨所示，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 50 m掘 1条联络巷。 我国神东矿区使用连续采煤机进行煤巷掘进取 得

15、了较好的成绩，平均月进尺在 2 000 m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 4个连采队，全年完成掘进进尺 63 368 m， 其 中月进尺最高达 7 802 m， 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 6 m x4. 4 m,日进尺 163 m,双 巷掘进月进尺 3 070 m。 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 4 656 m, 创全国掘进纪录。除神东矿区外，在地质条件复杂 的宁煤集团羊场湾矿使用连续采煤机煤巷掘进，最

16、高月进尺达 40 m， 月进尺 1 000 m。 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 机用于长壁工作面运输巷和回风巷及三巷掘进，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。 1.1.3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 臂式掘进机的基础

17、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，掘锚机组主要分 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。 (1) 掘锚机组。掘锚机组在我国的应用还处于 试验阶段，目前国内已有 9台掘锚机组，其中 7台 ABM20掘锚机组和 2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

18、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巷道进行了试验，巷道 断面为4.9 m x 3.3 m。 2004年 1月开始试验， 2 月份掘进进尺为 251 m， 3月份进尺为 402 m， 4月 份进

19、尺 550 m。试验期间最高班进尺为 12 m,最高 日进尺为 30. 4 m，该套设备具备了月进 900 m的 生产能力。 2003年神东公司引进 1台 JOY12CM15 - 15DDVG型掘锚机组，在乌兰木伦矿 3 煤 63112 运输巷和 63114回风巷的掘进工作面使用。两巷道 断面形状均为矩形，其中 63112运输巷断面 5. 4 m x3.4m。 掘进作业时，掘进循环 .2m， 当顶板 完整，顶煤厚度在 500 mm以上时，循环进尺可放 宽为 12 m,工作面最大空顶距为 14. 89 ri月掘进 进尺 1200 m,锚杆支护数量 4 020套。生产小班 最少进尺为 26 m,日

20、进尺最高为 45 m。 2005 年 兖 州 煤 业 集 团 公 司 鲍 店 煤 矿 使用 ABM20S型掘锚机组最高班进尺 21m、 日进尺 53 m、 月进尺 1 100 m (巷道断面为 4.9 mx3.2 m); 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 3S8 tn (巷道断面 H.5 m2)的 国内使用掘锚机组的最好成绩。掘锚机组在我国取 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

21、矛盾一 直未能很好地解决，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。锚扦 钻机在掘进机上的安装位置如图 2所示。 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。

22、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。 1.1.4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，投人的设备最多，最先进。 煤巷机械化掘进高效作业线设备配置见表 2。 1.2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 2.0 m以下中厚煤层巷 道，约占总掘进工程量的 20%。半煤岩巷道是指在 掘进断面中，

23、岩石面积占断面面积的 20% 80% 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 120 kW以上， 机重在 35 t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 3 种机型为主，占半煤岩掘进机使用量的 80%以上。 半煤岩巷掘进设备主要是适应经济截割普氏系数 /=6的半煤岩巷掘进。掘进机在半煤岩巷道掘进 机过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： 机重大、重心低、工作稳 定性好； 破岩能力强，截齿单刀力大； 元部 件可靠性高

24、； 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 4.5 kN以上， EBZ160TY小截割头平均截 齿单刀力甚至达到了 8 kN,截齿单刀力大，保证 了破岩能力，真正满足岩石普氏系数 / = 68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

25、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 300 - 400 mm,因此掘进机要经常切割 / = 6 8的 岩石。 EBJ-120TP型掘进机现已成为半煤岩巷掘 进的主力机型，全公司使用近 50台，分布在平煤 集团下属的各矿，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

26、创半煤岩巷掘进月进 816 m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|煤 层平均厚度为 l. m,煤层中含有硫化铁结核，其 普氏系数 / 12,底板为铝质泥岩，平均厚度 1.0 m， 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。 试验期间，先后创出最高班进 9.7 m、 日进 26.4 m、 月进 605 m的同类条件国内一流水平，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

27、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 486 m,是炮掘的 3倍。 2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试验。以钻爆法为主的 岩巷机械化作业线，主要有 2种： 气腿式凿岩 机配耙斗式或铲斗式装岩机作业线； 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 60 70m/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

28、在用台数为27台，掘进进尺为 6 200 m。 岩巷掘进 设备主要是适应经济截割 /= 8以上的岩巷掘进。 2. 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 0.82_0m/min;液压系统先进，设有凿岩机 自动返回及防卡针装置，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、底板均能进行全

29、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， 噪声低，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 3。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 7余个炮眼，液压钻车可在 60 min 内完成，而气腿式凿岩机需 200 min;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

30、高了支护质量。 开滦集团公司钱家营矿 -850 m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. 1 m x3. 85 m,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 年累计进尺 1 202. 6 m,折合标准岩巷 1 648. 6 m, 平均月进尺 100. 2 m,折合标准岩巷月进尺 137.4 m,工效为 2. 18 m/ (月 人 ）， 实现了快速、高 效的施工。 2.2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 国还处于试验阶段，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

31、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。 表 3国产履带式全液压钻车主要技术参数 . . 履带式全液压钻车型号 仪个诊双 CMJI7 CMJ17A LC12 -2B 钻孔速度 /m * min_l 0. 8 2.0 0. 8 2.0 0. 8-2. 0 钎杆长度 /m 2.745 2. 745 2. 745 孔径 /mm 27 -42 27 -42 27 42 孔深（一次推进 ） /m 2. 13 2. 13 2. 50 适应断面（宽 x高 ） /mxm 2x2-5. 02x3. 53 2 x2 5. 02 x4. 23 2 x

32、2 5. 972 x4. 6 行走速度八 m _ 3 3 3 爬坡角度 / r) 14 14 14 配凿岩机型 HYD200 HYD200 HYD200 夕卜形尺寸 /mni x mm x mm 7 200 x 1 030 x 1 600 7 200 x 1 030 x 1 800 7 200 x1 200 x 1 800 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 目前国内使用的掘进机截割岩石普氏系数仅为 /=6 8,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重型

33、掘进机是 奥地利奥钢联公司的巷道掘进设备，已在美国、澳 大利亚、南非等国使用。 AHM105重型掘进机截割 功率 300 kW适应 /= 12岩石。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型掘 进机，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 5.64 m,净 髙 4_ 5 m。 AHM105掘进机是从2006年 10月开始 使用 ， 3个月累计进尺 240 m， 消耗截齿 35把，最 高日进尺 6 m,曾实现 15 d进尺 90 m。 截割最硬 的岩石为细砂岩，普氏系数 /= 10,日

34、进尺 2. 4 m。 试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。 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重型掘进 机由英国多斯科公司生产制造，具备岩巷掘进月进 尺 300 m以上的能力。 MK3重型掘进机截割功率 250 kW,适应/=12的岩石，目前该机正在潘二矿 进行试验，掘进巷道为半圆拱形，断面 5.4 m x 4.2 m,全岩巷道，岩石为石英砂、钙质砂岩， / = 4 5。使用 2.5月，累计进尺 300 m，

35、 最高月进尺 180 m,截齿消耗 0,5把 /m，其中含有一段长 10 m 左右，夹有 4 m厚的白砂岩， /=7.2。试验反映配 6 备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。 3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，错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

36、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；髙强度 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 2类，钻车式 又分为履带

37、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。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，并批量生 产。如图 3所示。 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行了历 时 3个月的井下工业性试验。共

38、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。 图 3 CMM25-4型四臂锚杆钻车 4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久益公 司所垄断，掘锚机

39、组主要由奥地利奥钢联公司提 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 200 kW 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。 4. 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 、三 一重装生产的 EBZ系列。代表机型主 要有太原分院研制

40、的 EBJ-160, EBZ160TY和 EBJ -120TP型掘进机，另外还有佳木斯煤机厂生产的 S150, S200型掘进机 ，三 一重装生产的 EBZ160, EBZ200。 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。技术比较见表 4。 4.2连续采煤机技术比较与差距 连续采煤机是美国久益公司首创的，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

41、约为 1 600台。久益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 于设计及元部件试验阶段，设备完全进口，在核心 技术等方面需要攻关。技术比较见表 5。 4.3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 前还处于试验和研究阶段，在掘锚机组总体设计、 传动件加工制造等方面有较大差距。掘锚机组是当 今世界上代

42、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： 整体结构设计及稳 定性的研究； 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； 截割 振动与锚杆机打眼振动抗干扰技术； 截割滚筒 伸缩技术； 行走机构电牵引技术； 遥控技术 和自动化监控技术； 机载除尘及通风系统研究。 5煤矿高效掘进 技术发展趋势 5. 1煤及半煤岩巷高效掘进技术发展趋势 5. 1. 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。

43、同连续采煤机和锚杆钻车交叉换位施工 相比，掘锚 -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年奥地利某公司根据澳大利亚煤矿的经 验和需要，研究开发出 ABM20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 年英国某公司研制出 KBII掘锚机组样机，结构特 点与 ABM20

44、掘锚机组大体相当。比较有代表性的 机型有 Voest Alpine ABM20， Anderson KB II， JOY 12CM15-15DDVG， 12BM18。 国外具有代表性的 掘锚机组技术参数见表 6。 表 4大功率重型拥进机技术比较 比较项目 国夕卜 国内 总丨本参数 截割功率 300 kW.装机总功率 555 kW, 机重丨 20 t， 截割断面 5.8 m x8. 8 m 截割功率 200 kW,装机总功率 290 kW, 机重 60t,截割断面 5. 1 mx6. 0 m 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 r艺 真空热处理，喷涂强化，截割

45、硬度 /= 12 真空热处理，截割普氏系数 /=8 10 牵引方式 变量泵，压力 25MPa 变量泵，压力 23 MPa 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 表 5连续采煤机技术比较 比较项目 国夕卜 国内 截割功率 （ 2 x205) kW.装机总功率 640 kW， 机重 74.9 t， 总体参数 截割高度 5. m,截割宽度 3.5 ni， 生产能力 35 l/min 截割功率 （ 2xl7 ) kW,装机总功率 580 kW， 机重 60t, 截割高度4. 6 m.截割宽

46、度 3.3 m .生产能力 27 t/min 截割电机 电机功率 205 IcW 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，牵引功率 （ 2x37) kW (DC) 液压马达或交流变频，牵引功率 （ 2x30) kW AC) 冷却技术采用温度监测传感器，控制台具有温度和超温报警断电功能 尚属空白 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 表 6 掘锚机组主要技术参数 掘锚机组型号 伐小含取 ABM20 KBII 1SS 12CM20 12CM15 -15DDVG 12BM18 2048 HP E230 机器总长 /m 10.

47、70 12. 24 9. 33 10.50 10.98 10.33 11.50 12. 50 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.卜 3. 7 1.8 3.5 截割宽度 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 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 顶板锚杆钻机 /台 4 4 5-7 4 4 2 4 4 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