趙學(xué)強(qiáng)

（兗礦能源集團(tuán)股份有限公司設(shè)備管理中心 山東鄒城 273500）

隨著兗礦能源集團(tuán)采煤智能化建設(shè)工作的有序開展，采煤裝備的更新?lián)Q代較為迅速，回采智能化水平相對較高。巷道掘進(jìn)作為煤礦生產(chǎn)的首要環(huán)節(jié)，技術(shù)與裝備水平發(fā)展相對遲緩，導(dǎo)致采掘失衡問題日益突出，為保證采掘協(xié)調(diào)發(fā)展，實現(xiàn)快速掘進(jìn)、減員提效的目標(biāo)，經(jīng)兗礦能源集團(tuán)充分調(diào)研，開展了掘錨一體機(jī)的探索實踐，并取得了較為顯著的效果。

1 兗礦能源集團(tuán)掘進(jìn)裝備技術(shù)探索歷程

兗礦能源集團(tuán)作為國內(nèi)知名大型煤炭企業(yè)，較早實現(xiàn)了煤巷掘進(jìn)的機(jī)械化，先后應(yīng)用過進(jìn)口及國產(chǎn)的多款經(jīng)典機(jī)型。2003年，公司引進(jìn)了奧鋼聯(lián)ABM20S型掘錨一體機(jī)，并在鮑店煤礦投入使用，創(chuàng)造了最高月進(jìn)1100m 的掘進(jìn)記錄。同期，還引進(jìn)了美國久益公司的連續(xù)采煤機(jī)在南屯煤礦進(jìn)行房柱開采，積累了早期應(yīng)用先進(jìn)掘進(jìn)裝備及工藝的經(jīng)驗。

目前，兗礦能源集團(tuán)的掘進(jìn)主力裝備是EBZ160、EBZ220、EBH315型掘進(jìn)機(jī)。近年來，鄂爾多斯能化石拉烏素、營盤壕煤礦各使用2 臺山特維克MB670 型掘錨一體機(jī)，月進(jìn)尺達(dá)到500m 以上水平，轉(zhuǎn)龍灣煤礦應(yīng)用久益EJM2×170 型掘錨一體機(jī)，目前月進(jìn)尺已達(dá)到1100m 以上水平。金雞灘煤礦使用12CM15-10D 型連續(xù)采煤機(jī)，配套四臂錨桿鉆車、梭車、給料破碎機(jī)等設(shè)備，進(jìn)行煤巷雙巷掘進(jìn)，月進(jìn)尺始終保持在2000m 的水平。

2 掘進(jìn)裝備國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國外掘進(jìn)裝備技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

在智能快速掘進(jìn)技術(shù)單機(jī)設(shè)備方面，國外廠商早已開展了設(shè)備智能化研究。例如，久益、山特維克、多斯科等公司均對錨桿鉆機(jī)自動化進(jìn)行了研究，并在智能截割理論和應(yīng)用方面取得了一定的成果；澳大利亞開發(fā)的自動施工錨桿和自動鋪網(wǎng)技術(shù)成功應(yīng)用于久益12ED30 型和山特維克MB670 型掘錨機(jī)［1］。國外掘錨機(jī)和全斷面掘進(jìn)機(jī)擁有自動截割技術(shù)、輸送設(shè)備監(jiān)測和自動控制技術(shù)，實現(xiàn)了全功能遙控、截割斷面監(jiān)視。

2.2 國內(nèi)掘進(jìn)裝備技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國對掘進(jìn)、錨桿支護(hù)設(shè)備及自動化技術(shù)研究起步較晚，主要掘進(jìn)支護(hù)方式為懸臂掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)配合單體錨桿鉆機(jī)進(jìn)行支護(hù)，占比達(dá)到90%以上?！笆晃濉薄笆濉逼陂g，國內(nèi)在重型掘進(jìn)機(jī)、連續(xù)采煤機(jī)、掘錨一體機(jī)、全斷面掘進(jìn)機(jī)的研制和應(yīng)用方面取得了一定的突破。在遠(yuǎn)程可視控制、自動截割輪廓成形控制、遠(yuǎn)程遙控、工況監(jiān)測及故障診斷等技術(shù)方面取得了部分成果。但是，我國現(xiàn)階段的煤礦巷道掘進(jìn)技術(shù)在機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用上還存在著一定缺陷，未能將技術(shù)和機(jī)械更好地進(jìn)行融合運(yùn)用，在一定程度上影響了巷道掘進(jìn)技術(shù)的有效實施，也不利于煤礦巷道掘進(jìn)技術(shù)的未來發(fā)展。

3 兗礦能源集團(tuán)掘錨一體機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀

巷道掘進(jìn)是煤礦實現(xiàn)礦井安全、高產(chǎn)、高效的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，大多數(shù)煤礦存在采掘比例失調(diào)問題，為緩解巷道掘進(jìn)引起的回采工作面采掘接續(xù)緊張問題，新工藝、新技術(shù)、新裝備不斷涌現(xiàn)［2］。掘錨一體機(jī)作為一種快速掘進(jìn)裝備，對于解決采掘失衡的問題將起到關(guān)鍵作用［3］。兗礦能源集團(tuán)積極探索掘錨一體機(jī)應(yīng)用經(jīng)驗，在山東本部礦井及陜蒙礦區(qū)開展了掘錨一體機(jī)應(yīng)用實踐，取得了良好的應(yīng)用效果。

3.1 鮑店煤礦7304膠帶順槽掘錨工作面

3.1.1 工作面基本情況

7304膠順位于七采區(qū)北部，北鄰7302智能綜放工作面，南鄰七采遠(yuǎn)距離供液硐室，埋深-549～-355m，平均-452m；坡度3°～13°，平均7°。順槽設(shè)計長度1927m，目前已施工964m，剩余長度963m，巷道采用錨網(wǎng)支護(hù)，凈寬5.2m，凈高4.2m，巷道沿3煤底板掘進(jìn)，平均煤厚9.04m。

3.1.2 設(shè)備配置

（1）EJM2×170 掘錨機(jī)：配備了5.2m 橫軸滾筒，可一次截割巷道全寬，EJM2×170掘錨機(jī)配有4臺頂錨桿機(jī)和4 臺幫錨桿機(jī)。4 臺頂錨桿和2 臺幫錨桿布置在靠近截割滾筒的后面，另外2 臺幫錨桿機(jī)布置在機(jī)器尾部，打巷道底部的錨桿。為了優(yōu)化工作面的工作環(huán)境，掘錨一體機(jī)安裝了除塵裝置；掘錨機(jī)可以通過視頻集控及數(shù)據(jù)上傳實現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控和在線診斷功能。

（2）自移機(jī)尾：采用邁步式自移機(jī)尾實現(xiàn)承載段自動移動，自移機(jī)尾具備調(diào)偏功能，保證了運(yùn)輸機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。且替代了原有使用掘錨機(jī)拉移進(jìn)行機(jī)尾延伸，提高了掘進(jìn)的施工效率。

（3）CMM1-36 單臂鉆車：單臂鉆車施工單軌吊軌道，自帶單軌吊梁儲梁機(jī)構(gòu)和托舉裝置，縮短支護(hù)作業(yè)時間，降低工人勞動強(qiáng)度，提高了單軌吊軌道的施工效率。

（4）DSJ100/2×185kW 膠帶輸送機(jī)：實現(xiàn)大容量儲帶，減少延接皮帶次數(shù)；輸送帶寬1m 滿足煤流輸送要求；機(jī)頭配備可視化集中控制系統(tǒng)減少用工人數(shù)。

（5）巡檢機(jī)器人：自主行走的巡檢機(jī)器人可以實現(xiàn)對整部皮帶機(jī)的視頻監(jiān)控、音頻拾取、紅外測溫、煙霧檢測，并通過無線傳輸?shù)郊刂行模瑓f(xié)助皮帶機(jī)司機(jī)動態(tài)掌握皮帶整體運(yùn)行狀態(tài)，便捷、高效地實現(xiàn)皮帶巡檢工作。

（6）集控中心：集移動變電站、變頻、組合開關(guān)、通訊為一體，可遠(yuǎn)程實現(xiàn)對整個系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)查詢及控制系統(tǒng)運(yùn)行，有以下具體功能。第一，通過在掘錨一體機(jī)上安裝高清攝像頭、無線基站、調(diào)平傾角傳感器在集控中心內(nèi)實現(xiàn)掘錨機(jī)遠(yuǎn)程遙控截割，形成7304膠帶順槽傳感器物聯(lián)網(wǎng)。第二，通過地面遠(yuǎn)程控制臺、井下集控中心、可視化移動終端、高清攝像頭實現(xiàn)后路煤流運(yùn)輸設(shè)備一鍵啟停，形成7304 膠帶順槽移動互聯(lián)網(wǎng)。第三，通過千兆光纖環(huán)網(wǎng)對掘錨機(jī)、膠帶輸送機(jī)、集控中心運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)的時時監(jiān)測、采集、存儲，組建青島、包頭、兗礦本部數(shù)據(jù)云平臺，實現(xiàn)設(shè)備的在線檢測和故障處理，形成7304膠帶順槽大數(shù)據(jù)庫。

3.1.3 生產(chǎn)組織

7304 膠順正常掘進(jìn)期間采用四六制組織生產(chǎn)，3個班次生產(chǎn)，早班檢修。

3.1.4 跟班寫實情況

初期生產(chǎn)期間，7304 掘錨工作面每班按1 排組織生產(chǎn)，其余時間重點(diǎn)進(jìn)行掘錨機(jī)機(jī)載錨桿鉆機(jī)操作、支護(hù)練習(xí)，提高現(xiàn)場施工人員對設(shè)備的操作熟練程度和作業(yè)效率。據(jù)統(tǒng)計，掘錨機(jī)截割1排（進(jìn)尺1m）平均用時約11min，最短截割用時6min，最長27min；臨時支護(hù)用時平均約8min，最短用時4min，最長16min；支護(hù)1排平均用時約41min，最短用時17min（幫部施工2根錨桿），最長用時73min，施工一個工序的平均用時約為60min。

依據(jù)現(xiàn)場寫實數(shù)據(jù)，7304 掘錨工作面最高日進(jìn)尺達(dá)到26m，月進(jìn)尺達(dá)到600m 水平，效率較綜掘工作面提高1倍以上。

3.2 轉(zhuǎn)龍灣煤礦23204輔運(yùn)巷

3.2.1 地質(zhì)情況

23204 輔運(yùn)順槽位于232采區(qū)西部，北側(cè)到西部輔運(yùn)大巷，西側(cè)到23204膠運(yùn)順槽，南側(cè)到礦井井田邊界保安煤柱，東側(cè)為未開拓區(qū)域，工作面200m范圍內(nèi)，相鄰礦井無采掘活動。23204輔運(yùn)順槽設(shè)計長度5984m，掘?qū)?.6m，掘高3.95m，巷道沿Ⅱ-3 煤底板掘進(jìn)，平均煤厚4.73m。

3.2.2 支護(hù)設(shè)計

錨桿直徑、長度：23204 輔運(yùn)順槽頂部選用直徑20mm、長度2200mm 的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿；幫部選用直徑18mm、長度1800mm的樹脂錨桿。

錨桿間排距：頂部布置7 根錨桿，錨桿間排距為900mm×1000mm，兩幫部各布置4 根錨桿，間排距為1100mm×1000mm。

錨桿錨固方式：頂部錨桿選用2 卷樹脂錨固劑錨固，頂部錨索選用3卷樹脂錨固劑錨固，幫部錨桿選用1卷樹脂錨固劑錨固。

錨桿錨固力：頂部錨桿為150kN，兩幫錨桿為60kN。

錨索支護(hù)：2排2根錨索，錨索排距2m。

通過優(yōu)化支護(hù)參數(shù)，單班最高進(jìn)尺由14排提高到16 排。2019年11月至2020年6月，累計掘進(jìn)進(jìn)尺4520m，月最高進(jìn)尺1126m，實現(xiàn)了高效掘進(jìn)。

4 掘錨一體機(jī)應(yīng)用經(jīng)驗

4.1 應(yīng)用優(yōu)勢

從以上掘錨機(jī)應(yīng)用實踐可以看出，掘錨一體機(jī)在提高巷道掘進(jìn)效率上較傳統(tǒng)的綜掘機(jī)有明顯的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)。

（1）采用全斷面橫向滾筒，其截割部不需要左右擺動，使錨桿支護(hù)工作能夠在掘進(jìn)臂兩側(cè)進(jìn)行而不會受到掘進(jìn)臂工作的影響［4］。由于操作動作簡單，且目前均使用遙控操作，更加有利于智能化的實現(xiàn)。鮑店7304膠順掘錨一體機(jī)安裝了截割部傾角傳感器，可實時監(jiān)測截割滾筒升降高度，實現(xiàn)在集中控制中心遠(yuǎn)程遙控截割功能，下一步將開展自動定位截割的試驗與研究。

（2）掘錨一體機(jī)的投用，解決了傳統(tǒng)綜掘施工工藝安全系數(shù)低、作業(yè)環(huán)境差、勞動強(qiáng)度大的問題［5］。掘錨一體機(jī)自帶頂、幫錨桿鉆機(jī)，無需退機(jī)作業(yè)便可完成對巷道的永久支護(hù)，錨桿鉆機(jī)全液壓控制，鉆進(jìn)速度快，扭矩大，且操作靈活可靠，人員有較大的操作空間，在安全作業(yè)的同時可顯著提高掘進(jìn)效率，降低工人勞動強(qiáng)度。

（3）掘錨一體機(jī)由于截割速度快，運(yùn)輸煤量大，因此后配套運(yùn)輸系統(tǒng)必須滿足運(yùn)煤量的需求，目前所有的掘錨工作面均配套1m 帶式輸送機(jī)，鮑店7304、轉(zhuǎn)龍灣23204 工作面均配套了自主研發(fā)的1m 帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾及加長的帶式轉(zhuǎn)載機(jī)，一次拉移機(jī)尾可有效掘進(jìn)24m，在滿足運(yùn)量的同時，可減少機(jī)尾拉移次數(shù)，提高掘進(jìn)效率。

4.2 存在問題

雖然掘錨一體機(jī)具有掘進(jìn)速度高、安全舒適性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，但在掘錨一體機(jī)的使用過程中，也存在一些不足之處，可歸納為以下幾點(diǎn)。

（1）掘錨一體機(jī)的適應(yīng)性不高。在煤層賦存條件較高的礦井容易發(fā)揮掘錨機(jī)的性能，但在頂幫煤層較破碎、斷層頻出的礦井難以得到很好的應(yīng)用。由于掘錨一體機(jī)截割速度快，易出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象，巷道兩幫壓力顯現(xiàn)明顯，易片幫、折幫現(xiàn)象。另外，由于掘錨一體機(jī)滾筒為橫軸式，截割面積較大，對于斷層的通過能力較差。

（2）目前所使用的掘錨一體機(jī)主要以國外產(chǎn)品為主，設(shè)備資金投入力度較大。掘錨一體機(jī)設(shè)計及原理較為復(fù)雜，故障排查困難，配件更換難度大；而且進(jìn)口設(shè)備還面臨配件到貨慢且價格昂貴的問題，維護(hù)保養(yǎng)成本高。國內(nèi)產(chǎn)品相較國外產(chǎn)品在設(shè)備可靠性上還存在一定的差距。

（3）掘錨一體機(jī)機(jī)載錨桿鉆機(jī)布置比較緊湊，施工時錨桿的角度控制受到限制，由于國內(nèi)巷道頂板布置錨桿數(shù)量一般較多，因此錨桿的施工角度無法保證。

（4）掘錨一體機(jī)的體積龐大，整機(jī)重量較傳統(tǒng)綜掘機(jī)高出較多，而且整機(jī)基本跟巷道施工寬度相當(dāng)，因此在進(jìn)行拐彎施工等復(fù)雜工藝施工時對掘進(jìn)速度有較大制約，靈活度不足。

（5）掘錨一體機(jī)的機(jī)載除塵系統(tǒng)由于受到空間的限制，除塵效果普遍不好，產(chǎn)塵較大，會對截割視線造成一定的影響，同時對職工的安全健康較為不利。

5 下一步發(fā)展規(guī)劃

目前，煤礦快速掘進(jìn)系統(tǒng)是國內(nèi)外煤礦所普遍認(rèn)同的發(fā)展方向，尤其在內(nèi)蒙古、陜西等多數(shù)地質(zhì)條件較好的礦井，掘錨一體機(jī)日益得到普及，其在國內(nèi)的發(fā)展必將越來越迅速。兗礦能源集團(tuán)著眼于目前實際，在當(dāng)前應(yīng)用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，將重點(diǎn)做好以下幾點(diǎn)。

（1）在山東本部地質(zhì)條件較好的礦井逐步推廣掘錨一體機(jī)應(yīng)用，在充分總結(jié)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，不斷對設(shè)備進(jìn)行升級改造，提高掘錨一體機(jī)的適應(yīng)能力。同時，優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程，不斷摸索有益經(jīng)驗，發(fā)揮掘錨機(jī)最大效能。

（2）陜蒙地區(qū)由于地質(zhì)條件較好，下一步將作為掘錨一體機(jī)的重點(diǎn)推廣基地。在推廣掘錨一體機(jī)的同時，合理配置后配套系統(tǒng)，保證工作面設(shè)備整體工作效能的最大化，解決陜蒙礦區(qū)日益嚴(yán)重的掘錨失衡問題。

（3）積極響應(yīng)國家智能煤礦建設(shè)要求，在智能掘進(jìn)工作面的建設(shè)上，重點(diǎn)推進(jìn)智能掘錨工作面的建設(shè)。充分利用掘錨一體機(jī)適合開展智能化應(yīng)用的技術(shù)特點(diǎn)，開展掘錨機(jī)自動定位截割、自動錨護(hù)等的研究與實踐，整合工作面的不同子系統(tǒng)，設(shè)計開發(fā)高層次的采掘智能控制系統(tǒng)，裝備由單機(jī)智能化向成套裝備智能化轉(zhuǎn)變，并通過功能口加強(qiáng)對多媒體、圖形等的處理［6］。在實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗，建設(shè)國內(nèi)領(lǐng)先的智能掘錨工作面。

（4）組織開展掘錨一體機(jī)技能人才的培養(yǎng)工作。高性能的設(shè)備離不開高素質(zhì)的人才，在下一步的推廣工作中，重點(diǎn)加大人才的培訓(xùn)力度，使現(xiàn)場作業(yè)人員不僅要會使用設(shè)備，還要做到懂原理、會修理，要將設(shè)備用好。

（5）開展國產(chǎn)掘錨一體機(jī)的應(yīng)用實踐。當(dāng)前，國內(nèi)很多煤機(jī)生產(chǎn)企業(yè)紛紛投入到掘錨一體機(jī)的研制中來，很多的設(shè)備已經(jīng)比較成熟。下一步，兗礦能源集團(tuán)將組織開展國產(chǎn)掘錨一體的調(diào)研考察活動，逐步進(jìn)行國產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用實踐，在保證應(yīng)用效果的同時降低設(shè)備成本投入。