煤礦高效掘進技術現狀與發展趨勢

畢業設計(論文)任務書

設計(論文)題目：煤礦高效掘進技術現狀與發展趨勢

專業： 采礦大專班

班級： 2011級(3)班

學生： 汪興遠

指導教師：

1.設計(論文)的主要任務及目標

(1) 煤礦掘進的發展趨勢

(2) 掘進過程中的支護要求

2.設計(論文)的基本要求和內容

(1) 煤礦基本掘進技術及支護

(2) 掘進機的高效掘進

(3) 錨杆及的支護強度

3.主要參考文獻

[1] 談鳴時;蘇、英、西德煤炭采掘機械化科研近況[J];煤礦機械;1981年05期

[2] 陳正信;對發展我省采掘機械化的認識[J];河北煤炭;1983年02期

[3] 王慶鵬;發展采掘機械化討論會在揚州召開[J];江蘇煤炭;1983年02期

[4] 崔惟(?);不斷改革礦井設計以適應采掘機械化[J];河北煤炭;1989年02期

[5] 王廷聖;全國煤礦采掘機械化會議[J];煤炭科學技術;1989年10期

4.進度安排

設計(論文)各階段名稱起 止 日 期

1論文收集信息2014年3月-7月

2論文設計2014年8月

3論文修改2014年9月

4論文確定2014年10月

誠信聲明

本人聲明：

我所呈交的專科畢業設計論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝中所羅列的內容以外，論文中不包含其他人已經發表或撰寫過的研究成果。與我一同工作的同誌對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明並表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。

論文與資料若有不實之處，本人承擔一切相關責任。

本人簽名： 日期：2014年10月20日

目 錄

前言………………………...……………………..8

第1章：煤礦高效掘進與支護技術現狀………………9

第1.1節：煤巷高效掘進技術………………………………9

1.1.1煤巷綜合機械化掘進………………………………9

1.1.2大斷麵煤巷連續采煤機高效掘進……………………12

1.1.3.掘錨機組掘錨一體化掘進…………………………12

第1.2節：半煤岩巷高效掘進技術…………………………15

第1.3節：岩巷高效掘進技術……………………………17

1.3.1.全液壓鑽車配側卸裝岩機岩巷高效掘進……………17

1.3.2全岩巷重型懸臂式掘進機掘進……………………18

第1.4節：煤礦錨杆支護技術……………………………20

第2章：我國煤礦主要高效掘進設備與國外存在的差……………21

第2.1節：大功率重型懸臂式掘進機技術比較與……………22

第2.2節：連續采煤機技術比較與差距……………………23

第2.3節：掘錨機組技術差距………………………………24

第3章：煤巷機械化掘進高效作業線…………………25

第4章煤礦高效掘進技術發展趨勢……………………26

第4.1節：煤巷高效掘進技術發展趨勢……………………26

4.1.1發展掘錨一體化技術………………………………26

4.1.2大斷麵多巷掘進推廣使用連續采煤機………………29

第4.2節：半煤岩及全岩巷高效掘進技術發展趨……………29

第4.3節：高效掘進配套技術發展趨勢……………………30

結束語……………………………………………………31

參考文獻…………………………………………………………………32

致謝……………………………….……………………33

煤礦高效掘進技術現狀與發展趨勢

摘 要 介紹了我縣煤礦高效掘進與支護技術的現狀，針對不同煤-岩類型的巷道掘進技術進行了詳細分析，分析了我縣煤礦主要掘進設備與國內先進煤礦存在的差距，指出了煤礦高效掘進技術的發展趨勢。

關 鍵 詞 高效掘進 掘進設備 掘進技術 錨杆支護

英文摘要 Describes China's coal excavation and retaining high-technology status for different coal - rock type of tunneling technology, a detailed analysis, analysis of China's major coal mining equipment and foreign tunneling gaps, pointed out the coal and efficient tunneling technology trends .

英文關鍵詞 Boring boring boring equipment boring efficient technical bolting

前 言

我縣煤炭開采以斜井為主，2005年國有重點煤礦90.72%的原煤產量來自井工開采。我省煤層賦存條件複雜，呈現多樣性，煤層厚度從零點幾米到幾米之間變化，為了開采煤炭，需要開掘大量的煤岩巷道。2010年我縣重點煤礦掘進總進尺3654.6km，其中煤巷和半煤岩進尺約2456.4km，占84.6%。2010年我省重點煤礦綜采機械化程度僅為20.6%，而綜掘機械化程度為31.87%(綜掘進尺1 931.4km)，綜掘的發展高於綜采。目前我省有重點煤礦105個，采煤工作麵的正常生產接替，共配套了,203個掘進工作麵(其中開拓工作麵158個)，回采與掘進工作麵的比例是1:3，為了實現采掘機械化的同步發展，滿足當前100多個綜采工作麵的需要，綜掘機械化程度應達到50%以上。同時，隨著綜采技術的發展，縣內已出現了年產幾十萬噸及一百萬噸級超級工作麵，使年消耗回采巷道數量大幅度增加，從而使巷道掘進成為了煤礦高效集約化生產的共性及關鍵性技術。掘進和回采是煤礦生產的重要生產環節，采掘技術及其裝備水平直接關係到煤礦生產的能力和安全。高效機械化掘進與支護技術是保證礦井實現高產高效的必要條件，也是巷道掘進技術的發展方向。

第1章：高效掘進與支護技術現狀

第1.1節：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，取消了岩石集中巷布置方式，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，我縣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。

我縣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杆鑽機配套作業線，也稱為煤巷綜合機械化掘進，在我縣大多數煤礦得到了廣泛應用，主要掘進機械為懸臂式掘進機，它適應範圍廣;第2中還是處於原始的炮掘方式進行掘進，使用炮掘及工字崗進行支護，在我縣煤礦掘進中占有較大的比例。第3種是掘錨機組掘錨一體化掘進，僅在一些國有礦區進行了使用，目前處於試驗階段。

1.1.1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)、單體錨杆鑽機、通風除塵設備及供電係統等設備組成。懸臂式掘進機是煤巷綜合機械化掘進的關鍵設備，掘進機的性能對於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製和應用始於20世紀60年代，以30～50kW的小功率掘進機為主，研究開發和生產使用都處於試驗階段。80年代初期，為適應煤礦機械化生產發展的需要，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，積極研製開發了適合我國地質條件和生產工藝的綜合機械化掘進裝備。經過近30年的消化吸收和自主研發，目前，我國已形成年產1000餘台的掘進機加工製造能力，研製生產了20多種型號的掘進機，初步形成係列化產品，基本能夠滿足國內市場的需求。我縣現用煤巷懸臂式掘進機主要技術性能參數見表1。

表1 我國煤巷懸臂式掘進機主要技術性能

技術參數AM50S-100EBJ-120TPEBZ160TYS150JELMB-75CEBJ-160SH

斷麵/㎡6～188～238～189～219～236～178～24

可截割硬度/MPa60706080807080～100

機重/t26.8273651.544.623.453

總功率/kW174145190250205130314

截割功率/kW100100120160150/8075160

適應坡度/(°)16161616161616

係統壓力/MPa16161623161616

外形尺寸

/m×m×m7.5×2.1×1.6512.2×2.8×1.88.6×2.1×1.559.8×2.55×1.79.0×2.8×1.88.22×2.5×1.5610.8×2.7×1.5

生產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年代的產品，設備功率小、機重輕、破岩能力低及可靠性差，僅適合在條件較好的煤巷中使用。近年來，我國相繼開發了以EBJ-120TP型掘進機為代表的替代機型，在整體技術性能方麵達到了國際先進水平，正在推廣應用。EBJ-120TP型掘進機於2002年通過了中國煤炭工業協會組織的鑒定，2003年獲中國煤炭工業科技進步特等獎，2004年獲國家科技進步二等獎，目前已應用500多台。

我國研製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、工作穩定性好;

3)生產能力大、破岩能力強、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) 液壓係統簡單可靠，增設了自動加油裝置，提高了液壓係統的可靠性;

7) 電氣係統采用了PLC控製，具有工礦檢測和故障診斷功能。

近幾年，國產掘進機在煤巷掘進中取得了較好的成績，實際年進尺可達6 000～8 000m，基本滿足了煤巷高效掘進的需要。2004年潞安礦業集團常村煤礦綜掘一隊采用 EBJ-120TP型掘進機，在大斷麵煤巷掘進中創月進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。

BJZ-200式懸臂式掘進機在我縣大多數煤礦已普遍使用，發揮了重要作用。但由於是單巷掘進，且采用單體錨杆進行錨杆支護，掘進和支護不能平行作業，影響了掘進速度的進一步提高。

1.1.2大斷麵煤巷連續采煤機高效掘進

連續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，在國外廣泛應用於矩形斷麵的雙巷或多巷快速掘進，以及短壁開采，已成為現代高產高效礦井的重要設備。我國引進連續采煤機始於1979年，迄今為止大體經曆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、萬利公司、晉神公司、魯能集團、伊東公司及伊泰公司等礦區使用連續采煤機近60餘台，用於大斷麵煤巷的掘進和短壁開采。

連續采煤機掘進工作麵設備配置按工作麵運輸方式一般分為兩種：一種是間斷式運輸方式，工作麵配置為連續采煤機、運煤車或梭車、給料破碎機、錨杆鑽車、鏟車及膠帶輸送機;另一種是連續運輸方式，工作麵配置為連續采煤機、錨杆鑽車、連續運輸係統、鏟車及膠帶輸送機。連續采煤機在大斷麵煤巷掘進時，連續采煤機與錨杆鑽車采用交叉換位作業方式，如圖1所示，連續采煤機在運輸巷道掘進的同時，錨杆鑽車正在回風巷道進行錨杆支護作業，當連續采煤機完成一個掘進循環時，與錨杆鑽車交換位置。為滿足機器調動和運輸的要求，兩條巷道之間每隔50m掘一條聯絡巷。

我國神東礦區使用連續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，並創造了多項全國紀錄，為高產高效礦井生產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型連續采煤機，掘進斷麵6m×4.4m,創日進尺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，創全國掘進紀錄。除神東礦區外，在地質條件複雜的寧煤集團羊場灣使用連續采煤機煤巷掘進，最高月進尺達40m，月進尺1 000m。在我國連續采煤機實現煤巷高效掘進的使用經驗表明，連續采煤機用於長壁工作麵順槽雙巷及三巷掘進，完全可以滿足高產高效綜采工作麵月推進速度的要求，而且掘進成本比采用懸臂式掘進機(如S100)降低160元/m。但由於需要較好的煤層賦存條件，不能實現單巷掘進，連續采煤機用於煤巷掘進具有一定條件限製。國內連續采煤機的研製工作正在進行中。

1.1.3.掘錨機組掘錨一體化掘進

為了實現煤巷快速高效掘進，適應錨杆支護技術的快速發展，世界主要采煤國的快速掘進裝備在不斷的發展，掘錨機組是適用於高產高效礦井煤巷高效掘進的掘錨一體化設備，是在連續采煤機或懸臂式掘進機的基礎上發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時間，在同一台設備上完成掘進和支護工藝。目前，掘錨機組主要兩種：一種是以連續采煤機為基礎的掘錨機組;另一種是懸臂式掘進機機載錨杆機的掘錨機。

1) 掘錨機組。

掘錨機組在我國的應用還處於試驗階段，目前國內已有8台掘錨機組，其中7台ABM20掘錨機組和1台12CM15-15DDVG掘錨機組。

掘錨機組按作業方式劃分可化為兩類：一類是同時實現掘錨作業的掘錨機組;另一類是先截割後支護的掘錨機組。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，其作業方式是截煤和安裝錨杆同時平行作業，即割煤滾筒聯同裝載運輸機構整體向前推進割煤，與此同時，錨杆鑽機則與發生履帶主機架停在原位固定，錨杆鑽機向頂板的側幫打眼安裝錨杆。隨後，行走機構帶著機體及錨杆機向前移動，完成一個掘進循環。

2003年晉城煤業集團引進一台ABM20掘錨機組，在成莊礦四盤區4214巷道進行了試驗，巷道斷麵為4.9m×3.3m。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的生產能力。

2003年神東公司引進一台JOY12CM15-15DDVG型掘錨機組，在烏蘭木倫礦3-1煤63112運輸巷和63114回風巷的掘進工作麵使用。2巷道斷麵形狀均為矩形，其中63112運輸巷斷麵5.4m×3.4m。掘進作業時，掘進循環1.2m，當頂板完整，頂煤厚度在500mm以上時，循環進尺可放寬為12m，工作麵最大空頂距為14.89m。月掘進進尺1 200m，錨杆支護數量4 020套。生產小班最少進尺為26m，日進尺最高為45m。

2005年兗州煤業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(巷道斷麵為4.9m×3.2m);山西魯能電煤公司上榆泉煤礦使用ABM20型掘錨機組創出了月進1 388m(巷道斷麵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。由於機器龐大，對巷道條件要求高，適應範圍較小。國內掘錨機組的研製工作正在進行中。

2)懸臂式掘進機機載錨杆鑽機。

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，尤其是巷道采用錨杆支護後，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杆鑽機的研究上作了一些有益的嚐試，相繼研製了與AM-50型號和S100型掘進機配套的機載錨杆鑽機，同時在20世紀末也引進了帶有多台錨杆機的英國LH1300H型掘進機和日本MRH-S220型掘進機。但這種“機載錨杆機”與國外掘錨機組有相當大的區別，因為懸臂式掘進機在設計時未考慮錨杆機配置問題。

綜上所述，連續采煤機及掘錨機組適用於適合錨杆支護的煤巷高效掘進。在這類巷道條件下，連續采煤機及掘錨機組能夠發揮其優勢，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點，特別是大斷麵煤巷掘進優點更為突出。

第1.2節：半煤岩巷高效掘進技術

我縣煤礦除煤巷外還有大量的半煤岩巷道需要掘進，主要為薄煤層以及0.5m薄煤層巷道，約占總掘進工程量的20%左右。 半煤岩巷道是指在掘進斷麵中，岩石麵積占斷麵麵積的20%～80%的巷道。

我國重點煤礦半煤岩巷的掘進基本上采用半煤岩懸臂式掘進機機械化作業線，半煤岩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。煤礦現用主流半煤岩巷懸臂式掘進機以EBJ-120TP 型、EBZ160TY 型及S150J型三種機型為主，占半煤岩掘進機使用量的80%以上。

掘進機在半煤岩巷道掘進機過程中由於岩石所占比例大，在機器選擇時主要考慮以下幾個方麵：

1)機重大、重心低、工作穩定性好;

2)破岩能力強，截齒單刀力大;

3)元部件可靠性高;

4)係統簡單可靠，便於維護。

煤科總院太原研究院研製的EBJ(EBZ)係列半煤岩巷掘進機，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，小截割頭適應半煤岩巷掘進。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，保證了破岩能力，真正滿足岩石硬度為f=6～8半煤岩巷的掘進。

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率;當截割岩石時，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1.5～2倍，整機截割能力明顯加強。

平煤集團所轄礦區井下地質情況複雜，斷層多，煤層薄，煤層中多有夾矸，夾矸厚度一般為300～400mm。因此，掘進機要經常切割硬度為f=6～8的岩石。EBJ-120TP型掘進機現已成為半煤岩巷掘進的主力機型，全公司使用近50台，分布在平煤集團下屬的各礦，這些機器基本用於半煤岩巷道的掘進，因適合礦區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型掘進機創半煤岩巷掘進月進816m的全國紀錄。

薄煤層含硬硫化鐵結核半煤岩巷掘進是兗礦集團麵臨的一個主要問題。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，其硬度係數超過12，底板為鋁質泥岩，平均厚度1.0m，遇水膨脹、鬆軟，采用綜掘機械化施工難度大。為探索薄煤層半煤岩掘進新工藝，提高巷道單進水平，經過充分調研，選擇EBJ-120TP型掘進機作為掘進設備。試驗期間，先後創出最高班進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，兗州礦區半煤岩掘進機在用數量已達到10餘台。

EBZ160TY型掘進機已在新汶、平頂山、汾西、西山、鄂爾多斯等礦區使用。EBZ160TY型掘進機在新汶礦業集團已推廣十幾台，新汶翟鎮礦使用EBZ160TY型掘進機掘進3203中間巷，屬半煤岩巷，月進尺達486m，是炮掘的3倍。

第1.3節：岩巷高效掘進技術

目前，縣內岩巷施工仍以鑽爆法為主，岩巷懸臂式掘進機在我縣正在進行試驗。以鑽爆法為主的岩巷機械化作業線，主要有使用的是一種，種是氣腿式鑿岩機配耙鬥式;這種掘進方式在我縣應用較多，掘進速度一般為60～70m/月。

1.3.1.全液壓鑽車配側卸裝岩機岩巷高效掘進

我國大斷麵岩巷快速高效機械化綜合配套作業線以CMJ17履帶式全液壓鑽車配ZC-3履帶式側卸裝岩機為代表，在岩巷掘進中取得了較好的成績。CMJ17履帶式全液壓鑽車主要優點：①雙臂鑿岩，鑿岩速度快，工作效率高，鑿岩速度可達0.8～2.0m/min;②液壓係統先進，設有鑿岩機自動返回及防卡釺裝置，操作方便，安全可靠;③機身小、結構緊湊、重心低、機動靈活，采用履帶行走方式，工作穩定，爬坡能力強，對工作麵、頂板、側幫、底板均能全斷麵鑿岩作業;④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境，提高施工效率和施工質量。國產履帶式全液壓鑽車主要技術參數見表2。

表2 國產履帶式全液壓鑽車主要技術參數

技術參數CMJ17CMJ17ALC12-2B

鑽孔速度/m·min-10.8～20.8～20.8～2

釺杆長度/m2.7452.7452.745

孔徑/mm27～4227～4227～42

孔深(一次推進)/m2.132.132.5

適應斷麵(寬×高)/m2×2～5.02×3.532×2～5.02×4.232×2～5.972×4.6

行走速度/km/h333

爬坡角度/%252525

配鑿岩機型HYD200HYD200HYD200

外形尺寸/m×m×m7.2×1.03×1.67.2×1.03×1.87.2×1.2×1.8

電機容量/kW454555

電壓等級/V660或380660或380660或380

整機質量/t889

該機械化配套作業線主要具有以下特點：

1)鑿岩和裝岩速度快，單進和效率高。大斷麵岩巷鑽鑿70餘個炮眼，液壓鑽車可在60min內完成，而氣腿式鑿岩機需200min;側卸裝岩機生產效率比普通耙鬥裝岩機提高2倍，鑿岩速度和裝岩生產率的提高，促進了單進的提高。

2)勞動強度低，人員少，安全可靠。

3)實現了大斷麵岩巷的全斷麵一次鑽眼、一次定炮、一次起爆、一次支護的掘進技術，保證岩巷全斷麵支護的整體性，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，半圓拱形斷麵，錨噴支護和錨網噴支護，掘進麵積為5.1m×3.85m，掘進麵積16.84m2，采用CMJ17履帶式全液壓鑽車配ZC-3履帶式側卸裝岩機作業線。2005年累計進尺1 202.6m，折合標準岩巷1 648.6m，平均月進尺100.2m，折合標準岩巷月進尺137.4m，工效為2.18m/(工·月)，實現了快速、高效施工。

1.3.2全岩巷重型懸臂式掘進機掘進

重型懸臂式掘進機用於大斷麵岩巷的掘進在我國處於試驗階段，新集能源股份公司、新汶礦業集團、淮南礦業集團及平頂山煤業集團公司等企業先後引進了德國WAV300、奧地利AHM105、英國MK3型重型懸臂式掘進機共4台。

目前國內使用的掘進機截割岩石硬度僅為60～80 MPa左右，在遇到斷層多、地質條件複雜的岩層時，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。新汶礦業集團公司經對比分析，認為AHM105型掘進機比較適應複雜的地質條件，於2006年引進1台。AHM105現在用於龍固礦北區輔助運輸大巷的掘進，該巷道為全岩巷道，巷道斷麵，淨寬5.64m,淨高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15d進尺90m。截割最硬的岩石為細砂岩，硬度為f=10左右，日進尺2.4m。試驗反映機器的穩定性好，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。

岩巷機械化高效掘進也是淮南礦業集團岩巷掘進麵臨的技術"瓶頸"問題，通過調研、論證，提出了引進岩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製造，具備岩巷掘進月進尺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，斷麵5.4m×4.2m，全岩巷道，岩石為石英砂、鈣質砂岩，硬度係數f=4～5。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厚的白砂岩，岩石硬度f=7.2。試驗反映配備的斷麵顯示功能對巷道超挖控製較為實用，但鏟板前伸功能作用不突出，掘進麵降塵效果不好。

雖然全岩巷重型懸臂式掘進機在我國煤礦的應用還處於試驗階段，但代表了岩巷掘進技術的發展方向。

第1.4節：煤礦錨杆支護技術

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高產高效的必要條件。近年來，煤巷錨杆支護技術發展極為迅速。由於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帶來巨大的技術經濟效益。錨杆支護已經成為巷道支護的一個主要發展方向。

目前，錨杆支護技術已在我國高產高效礦井中得到了廣泛應用。從薄及中厚煤層回采巷道，到綜采放頂煤工作麵沿煤層底板掘進的全煤巷道;從頂板比較穩定的煤巷，到複合、破碎頂板巷道，從實體煤巷，到沿空掘巷，從小斷麵巷道到大斷麵開切眼，錨杆支護的使用範圍越來越廣，為礦井實現高產高效創造了良好條件。我國錨杆支護技術已形成了成套技術，包括：巷道圍岩地質力學測試技術;錨杆支護動態信息設計;高強度錨杆支護材料、樹脂錨固劑、W鋼帶及其軋製技術、特種錨杆與錨索支護技術;錨杆支護施工機具;錨杆支護監測儀器與技術。

在錨杆支護技術中施工機具起著非常重要的作用，它直接影響錨杆施工質量和施工速度。錨杆鑽機按結構形式可分為單體式和鑽車式兩類，鑽車式又分為履帶式和膠輪式;按鑽機破岩方式可分為旋轉式、衝擊式和衝擊旋轉式;按鑽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杆鑽機以便攜式單體錨杆機為主，連續采煤機掘進巷道以履帶式錨杆鑽車為主。從現場使用情況分析，風動單體錨杆機使用量大，應用範圍廣，經過近年來的提高和完善，可靠性和使用壽命都有所提高。與連續采煤機配套的CMM25-4型四臂錨杆鑽車煤科總院太原研究院已研製成功。

CMM25-4型四臂錨杆鑽車樣機從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曆時3個月的井下工業性試驗。共打錨杆14 400根，日最高記錄384根，班最高記錄140根，最高小時錨杆數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需要和設計要求。其中行走係統、錨鑽係統、除塵係統、電氣係統性能優於引進機型。

第2章：我縣煤礦主要高效掘進設備與國內別的發達省份存在的差距

與發達省份先進水平相比，我縣在用煤礦主要高效掘進設備的破岩能力、適應性及可靠性等方麵還存在一定的差距。煤礦使用的高效掘進設備，如大功率重型掘進機、連續采煤機、掘錨機組、四臂錨杆鑽車，隻有發達的省份使用。發達省份煤礦煤及半煤岩巷掘進機最大截割功率為200kW，我縣與之比較有較大的落後差距。國內重型掘進設備在設計製造、加工工藝、自動化技術和關鍵技術指標等方麵都陸續的在啊發達省份使用。

第2.1節：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製的EBJ(Z)係列、佳木斯煤機廠生產的S係列、煤科總院上海研究院設計的EBJ係列等型掘進機。代表機型主要有太原分院研製的EBJ-160、EBZ160TY和EBJ-120TP型掘進機，另外還有佳木斯煤機廠生產的S150、S200型掘進機。重型國產掘進機與國外先進設備的差距除總體性能參數偏低外，在基礎研究方麵也比較薄弱，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，計算機動態仿真等方麵還處於空白;在元部件可靠性、控製技術、在截割方式、除塵係統等核心技術方麵有較大差距，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

總體參數截割功率300kW，裝機總功率555kW，機重120t，截割斷麵5.8m×8.8m截割功率200kW，裝機總功率290kW，機重60t，截割斷麵5.1m×6.0m

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，噴塗強化，截割硬度f =12真空熱處理，截割硬度f =8～10

牽引方式變量泵，壓力25MPa變量泵，壓力23MPa

自動控製技術全功能遙控，截割斷麵監視尚屬空白

除塵方式外噴霧加機載除塵係統，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

第2.2節：連續采煤機技術比較與差距

連續采煤機是美國JOY公司首創的，是世界上使用連續采煤機數量最多的國家，目前在用數量大約為1600台。JOY公司是國際上最大的連續采煤機製造供應商，形成了從薄煤層到厚煤層的係列化產品，其製造水平處於世界領先地位。我國對連續采煤機的開發工作起步較晚，同類產品長期空白，還有許多核心技術進行攻關研究。連續采煤機還處於設計及元部件試驗階段，設備完全進口，在核心技術等方麵需要攻關，在我縣還是一個空白，沒有使用煤礦及相關經驗。見表4。

表4 連續采煤機技術比較

比較項目國外國內

總體參數截割功率2×205kW，裝機總功率640kW，機重74.9t，截割高度5.0m，截割寬度3.5m，生產能力35t/min截割功率2×170kW，裝機總功率580kW，機重60t，截割高度4.6m，截割寬度3.3m，生產能力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2×37kW(DC)液壓馬達或交流變頻，牽引功率2×30kW(AC)

冷卻技術采用溫度監測傳感器，控製台具有溫度和超溫報警斷電功能尚屬空白

除塵方式內、外噴霧加機載除塵係統，除塵效果好外噴霧加機載除塵係統，需要進口機載除塵係統

第2.3節：掘錨機組技術差距

從20世紀90年代，奧鋼聯采礦設備公司開發了ABM20掘錨機組並投入市場，到現在全世界範圍內共有70多台ABM20掘錨機組在使用。我國目前還處於試驗和研究階段，在掘錨機組總體設計、傳動件加工製造等方麵有較大差距。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，其研製開發的重點技術就是要解決如何實現掘錨平行作業問題，根據我縣煤礦發展趨勢及煤礦大型化的改革，將在以後的發展史上逐步使用。但在使用倩需要攻克的技術關鍵主要有：

1)整體結構設計及穩定性的研究;

2)截割機構和裝運機構與行走機構、主機架及錨杆機之間相對滑移聯結技術;

3)截割振動與錨杆機打眼振動抗幹擾技術;

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控技術;

7)機載除塵及通風係統研究。

第3章：煤巷機械化掘進高效作業線

煤巷是煤礦掘進量最大的巷道，高效綜采工作麵的快速推進，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，礦井掘進工作麵中煤巷掘進麵所占比重最大，投入的設備最多，最先進。煤巷機械化掘進高效作業線設備配置見表5。

表5 煤巷機械化掘進高效作業線設備配置

配套設備特點及適應範圍

作業線一：懸臂式掘進機、單體錨杆鑽機、橋式轉載機、帶式輸送機、機載除塵設備適用於單巷掘進，適應範圍廣，掘錨不能平行作業

作業線二：懸臂式掘進機機載錨杆機、橋式轉載機、帶式輸送機、機載除塵設備適用於單巷掘進，適應範圍廣，有利於提高支護效率

作業線三：連續采煤機、梭車、給料破碎機、帶式輸送機、四臂錨杆鑽車、鏟車適用於巷道條件較好的大斷麵雙巷或多巷掘進，掘錨交叉作業，掘進速度快

作業線四：掘錨機組、橋式轉載機、帶式輸送機適用於巷道斷麵大的單巷掘進，掘錨平行作業，掘進速度快

第4章：煤礦高效掘進技術發展趨勢

4.1煤巷高效掘進技術發展趨勢

4.1.1發展掘錨一體化技術

美國、澳大利亞、英國等主要產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掘錨平行作業。同連續采煤機和錨杆鑽車交叉換位施工相比，掘錨一體化適用範圍更廣，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，是連續采煤機和錨杆鑽機的有機結合。1990年奧地利Voest Alpine公司根據澳大利亞煤礦的經驗和需要，研究開發出ABM20掘錨機組，主副機架能夠相對滑動，解決了掘錨平行作業問題。該機安裝4台頂板錨杆鑽機和2台幫錨杆鑽機及臨時支護裝置。1992年改型為ABM30掘錨機組，將截割和裝運機構能力加大，減少錨杆鑽機台數。1992年英國Anderson公司研製出KBⅡ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 KBⅡ;JOY 12CM15-15DDVG、12BM18。國外具有代表性的掘錨機組技術參數見表6。

表6 掘錨機組主要技術參數

技術參數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/m2.2～3.51.8～3.22.1～2.81.9～3.92.48～4.62.0～3.372.1～3.71.8～3.5

截割寬度/m4.3～4.94.5～5.64.84.2～4.84.7～5.53.5～4.74.8～5.24.0～8.0

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

頂板錨杆

鑽機/台445～744244

幫錨杆鑽機/台22002220

公司名稱奧鋼聯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於頂板條件不太好的單巷及雙巷掘進。掘錨機組在國外已經成熟並能得到廣泛應用，全世界現在有130多台掘錨機組(包括安裝有錨杆鑽機的連續采煤機)在使用。澳、英等國應用中取得良好的效果，在大斷麵煤巷掘進中年進尺達15 000～20 000m。如澳大利亞長壁工作麵順槽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後認為，發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，使用台數為14台。

掘錨一體化施工技術在煤巷快速掘進，提高錨杆支護效果以及改善作業環境等方麵具有很大的技術優勢。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時間一般在30min以內,正常情況下日進尺為40～50m，月進1 000～1 200m;采用掘錨一體化施工，錨杆在頂板暴露後及時安裝，使錨杆支護質量大幅度提高，支護效果顯著改善;采用掘錨機組施工巷道成型好且能夠改善錨杆支護作業環境和安全。

煤巷掘錨一體化代表了煤巷快速掘進技術的發展方向，是高產高效礦井技術的重要組成部分。掘錨一體化施工技術優勢明顯，在我國有廣泛的應用前景。煤巷高效掘進技術應重點發展掘錨一體化，要針對我國煤礦的地質條件和施工工藝進行研究，提供多種配套形式，如掘錨機組、掘進機機載錨杆鑽機，同時要抓好配套設備的研製工作。

4.1.2大斷麵多巷掘進推廣使用連續采煤機

連續采煤機多巷掘進是美、澳等主要采煤國家長期采用的掘進技術，已成為高產高效工作麵順槽主要掘進方式。我國神東公司及晉城煤業集團寺河礦采用連續采煤機掘進工作麵順槽，取得了較好的效果。國內煤巷多項掘進進尺紀錄都是由連續采煤機來實現，連續采煤機在我國的使用數量以每年15台左右遞增。連續采煤機煤巷掘進的優點突出，采掘合一，掘進速度快。連續采煤機多巷高效掘進是目前高產高效工作麵采掘準備的優選方式。

第4.2節：半煤岩及全岩巷高效掘進技術發展趨勢

我國煤礦半煤岩及全岩巷高效掘進技術是以發展大功率重型懸臂式掘進機為主，采用重型懸臂式掘進機實現高效掘進。大功率重型懸臂式掘進機是我國懸臂式掘進機的發展方向，具有重型化、大功率及自動化的特點。懸臂式掘進機切割功率在不斷加大，縱軸式截割頭功率達250kW，橫軸式截割頭功率達350kW，可切割100～120MPa的岩石;廣泛采用新技術、新工藝，提高整機自動化水平，如整機遙控技術、推進方向監控、切割電機功率自動調節、截割路徑循環程控、切割斷麵輪廓尺寸監控及工況檢測和故障診斷等;進一步優化截割、裝載、行走等結構形式，探索新型截割方式，拓寬掘進機應用範圍。

全岩巷鑽爆法施工發展重點是發展履帶式全液壓錨杆鑽車，不斷提高整機性能，提高自動化水平。

第4.3節：高效掘進配套技術發展趨勢

1)掘進工作麵配套機載除塵設備。目前，我國掘進工作麵采用的除塵方式主要是噴霧除塵，這種方式可靠性差、效果不理想，除塵效率最高隻能達到60%～70%。為了改善掘進工作麵環境，太原研究院與德國 CFT公司共同研製開發了一套適合中國國情的掘進工作麵高效除塵係統，該係統的除塵效率可達到99.4%，除塵技術達到國際先進水平，這種掘進工作麵高效除塵係統具有廣闊的應用前景，是掘進工作麵配套機載除塵設備的發展方向。

2)煤巷快速掘進的地質保障關鍵技術。煤巷施工中經常要遇到地質條件的變化，影響了掘進速度。重點發展獨頭掘進巷道小構造等地質異常體的150m超前探測和探測結果的三維可視化快速顯示等技術。

3)全麵推廣錨杆支護技術。錨杆支護技術在我國重點礦區得到了廣泛應用，今後重點推廣煤及半煤岩巷圍岩(煤)地質力學測試與評估、動態信息錨杆設計技術，完善錨杆支護技術。

5.結語

隨著現代化礦井的建設，生產集約化、設備成套化、隊伍專業化、信息自動化是高產高效礦井發展的方向。生產集約化、設備成套化需要大功率、重型、高性能的采掘設備。煤炭工業“十二五”規劃指出，“十二五”期間大型煤礦采掘機械化程度達到95%以上，中型煤礦達到80%以上，小型煤礦機械化、半機械化程度達到40%。我縣安全高效煤礦數量達到65個，產量占全國的68%。采掘機械化程度的提高和高效礦井建設步伐的加快為高效掘進技術與裝備的發展為我縣煤礦的發展前景提供了良好機遇。

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