李耀勝

（中天合創(chuàng)能源有限責任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000）

1 我國煤炭巷道掘進技術與裝備的現(xiàn)狀分析

1.1 綜合機械化掘進技術和裝備

在我國煤炭巷到掘進技術當中，綜合機械化掘進技術應用廣泛，該項技術使用的裝備涉及裝載機、懸臂式掘進機與刮板輸送機等。在20 世紀60 年代，我國引進了懸臂式掘進機，在20世紀80 年代引進兩種當時較為先進的掘進機設備，經(jīng)過不斷地吸收、消化與再創(chuàng)造，目前已能夠結合國內(nèi)煤礦開采的實際情況與需求，對掘進機設備進行改進與調(diào)整，促進我國傳統(tǒng)煤礦機械化技術的進步與發(fā)展。目前我國相關研究單位已研發(fā)出EBJ-120TP 新型巷道掘進機，領先于國際市場各類掘進機設備。該掘進機具有體積小的特點，能夠較好地解決傳統(tǒng)巷道掘進機的缺點與不足，突破傳統(tǒng)掘進機設備的局限性問題，進一步提高掘進機設備的開采效率與穩(wěn)定性。另外，該掘進機還具有較強的破巖能力，在我國的應用范圍不斷擴大，有效促進我國煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1.2 連續(xù)采煤機高效掘進技術和裝備

現(xiàn)在我國使用較為高效與綜合的設備為大斷面煤礦巷道連續(xù)采煤機，能夠?qū)崿F(xiàn)大斷面落煤運送作業(yè)。我國現(xiàn)階段雖有使用連續(xù)成套的采煤機設備，但在國內(nèi)并沒有設備的生產(chǎn)廠家，因此使用的類設備需從國外引進。在大斷面煤礦巷道連續(xù)采煤機的幫助下，國內(nèi)有幾家大型煤礦企業(yè)突破單日最高掘進紀錄，創(chuàng)造更多的收益回報。總之，連續(xù)采煤機不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高效掘進的目標，還可有效降低企業(yè)開采成本，但也會出現(xiàn)一些客觀缺陷影響使用效果，在實際使用時需考慮周全。

1.3 掘錨一體化機械技術和裝備

有效提高煤礦巷道掘進效率的關鍵是，開發(fā)出掘錨聯(lián)合裝備實現(xiàn)掘錨一體化。掘錨機組有機結合掘進與支護，就能夠在同一設備上完成兩項作業(yè)，更好地縮短兩項工作換位時消耗的時間。懸臂式掘進機是我國常見的掘錨機，能夠有效實現(xiàn)截割、運載以及噴霧除塵的聯(lián)合機組，有效提高煤礦開采作業(yè)效率。在我國甚至全世界煤礦巷道掘進發(fā)展中，掘錨一體化機械技術可謂是新方向，能夠利用截割落煤對開采模式進行優(yōu)化，降低成本的同時提高開采效率，并且還具有穩(wěn)定性較強的優(yōu)點，在我國煤炭巷道開采中具有一定的使用價值。

2 掘錨一體化聯(lián)合掘進

2.1 懸臂式掘進機機載液壓錨桿鉆機

國內(nèi)廠家與國外液壓錨桿機生產(chǎn)廠家合作，開發(fā)出了EBZ160TY 型掘進機機載錨桿鉆機，該設備主要使用1650 型液壓錨桿鉆機，采用的是上下臨時支撐設計，并且位于原機型覆帶架中后部兩側(cè)的支撐架還與伸縮梁保持焊接，鉆臂則是與伸縮梁進行鉸接（圖1）。當設備處于空閑狀態(tài)時，鉆臂會收回至設備內(nèi)部，而工作時鉆臂會隨著機器推展至工作面進行錨桿支護。

圖1 EBZ160TY 型掘進機機載錨桿鉆機

掘進機配套單體錨桿鉆機是現(xiàn)階段國內(nèi)應用較為廣泛的掘錨設備，它能夠有序地完成截割、轉(zhuǎn)運與錨護等工序，但此類作業(yè)方式需要大量的輔助作業(yè)時間，消耗過多的人力資源，同時掘進效率低、工作環(huán)境差，工作人員的工作強度過大（圖2）。

圖2 掘進機配套單體錨桿鉆機

2.2 單巷連續(xù)快速掘進成套裝備

在不斷研究與開發(fā)過程中，根據(jù)往常使用的超前支護配置方案提出了單巷快速掘進配套思路。該思路主要是將液壓錨桿鉆臂系統(tǒng)內(nèi)的懸臂式掘進機設置在超前支護系統(tǒng)下方，同時將一體化運錨機設置在掘進機的后側(cè)，從而在實際使用過程中能夠?qū)崿F(xiàn)接料、物料轉(zhuǎn)載以及錨護等功能。

3 巖巷掘進技術成套裝備

3.1 小斷面巖巷掘進機

取鉆爆法是小斷面巖巷掘進機的開采辦法，但是小斷面巖巷掘進機開采的機械化規(guī)模較小，實際上工程推進效率并不高。為了更好地適應小斷面瓦斯抽采掘進開拓，設計出EBZ260W型巖巷掘進機，該設備機身高度僅有1.65 m，能夠較好地滿足小斷面全巖巷的掘進需求（圖3）。

圖3 EBZ260W 型巖巷掘進機

EBZ260W 型巖巷掘進機的設計結合了雙電機并聯(lián)驅(qū)動的方式，并將開發(fā)區(qū)與內(nèi)噴霧水系統(tǒng)直接連接，使得其內(nèi)噴霧時長可達2000 h。此外，它還采用智能化的總線控制系統(tǒng)，不僅能實時監(jiān)測設備的運行參數(shù)及截割斷面，還具有定位記憶截割、數(shù)據(jù)遠程傳輸?shù)墓δ堋?/p>

3.2 截割頭及齒座表面噴涂耐磨技術

對于巖巷掘進設備而言，若能提高設備關鍵部位的耐磨性，則可以提高設備的使用性能。巖巷掘進設備在使用時，截齒受到高強度的磨損會產(chǎn)生負后角，負后角會在設備運行過程中擠壓巖石，造成大量巖粉的出現(xiàn)。以往通常使用堆焊耐磨材料的辦法減少負后角的出現(xiàn)，但現(xiàn)在主要使用激光熔覆的方法解決截割頭與齒座表面磨損問題。激光熔覆主要利用硬質(zhì)合金碳化鎢基或自熔合金類的耐磨材料，在使用時利用數(shù)控激光熔覆與激光表面淬火工藝，將耐磨類材料與基材表面的薄層同時融化，經(jīng)過快速凝固后將在部件表層形成與基體冶金表面相結合的耐磨涂層，耐磨涂層一般厚1.5～2.0 mm。通過激光熔覆可以提高部件覆抗磨損性能，并且激光熔覆后的齒座耐磨性提高、為普通堆焊耐磨材料的5 倍。

4 煤礦巷道掘進智能化技術

4.1 位姿檢測與糾偏技術

煤礦巷道掘進機一般在地下有限空間中進行作業(yè)，所使用的定位檢測技術屬于室內(nèi)導航領域，具體的定位技術由于檢測信號的不同各具優(yōu)缺點。但是在巷道環(huán)境與掘進機設備運動的影響下，一般定位技術無法滿足位置檢測精度的需求，更無法實現(xiàn)掘進機位姿自動檢測。針對此類問題，國內(nèi)外研究學者開展了相關研究，其中捷聯(lián)慣導組合定位技術能夠在受限空間中展現(xiàn)出較強的適用性，并且實際的使用過程也不會產(chǎn)生累積誤差。捷聯(lián)慣導組合定位系統(tǒng)固定在掘進機機身，系統(tǒng)原理是使用相關模塊進行三維坐標標定，在完成坐標標定之后借助激光測繪儀得到設備模塊的坐標值，再經(jīng)過姿態(tài)估算方程建立運算獲取掘進機位姿。

4.2 斷面成形與自適應截割技術

在設計煤礦巷道斷面形狀時，通常會將斷面設計成矩形或是半拱形，為了提高工作效率，則可以將截割頭的設置成S 形的截割路徑設置。巷道斷面自動成型首先需要根據(jù)機位體姿的檢測，判斷巷道掘進設備的截割軌跡及機體行走情況，后經(jīng)過逆運動學解析巷道決定設備的行走方向與截割工藝路線，保證斷面能夠自動成形。

4.3 安全運行保障技術

掘進機的安全運行保障技術主要涉及遠程監(jiān)控與故障診斷。在掘進機的遠程監(jiān)控技術方面，設計了相關的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)掘進及掘進過程中定向、定位與定型的可視化，同時還可實時監(jiān)測與顯示掘進機運行狀態(tài)參數(shù)，并借助遠程故障診斷與報警工能有效提高煤礦巷道掘進技術的智能化實現(xiàn)，在實際應用過程中獲得了良好的效果。

5 煤炭巷道掘進技術和裝備存在的問題

5.1 連續(xù)采煤機與錨桿鉆車配套作業(yè)效果不佳

連續(xù)采煤機與錨桿鉆車配套作二者相互合作，才可共同完成各項煤炭巷道的掘進作業(yè)。而連續(xù)采煤機完成了一段距離的作業(yè)之后，要想進行支護作業(yè)為錨桿鉆車提供作業(yè)空間，則需將連續(xù)采煤機調(diào)動到其他的煤礦巷道工作，這樣不僅會提高煤礦巷道開采的工作難度，還會延長機械的工作時間、提高設備磨損率。此外，連續(xù)采煤機與錨桿鉆車還需在雙巷及多巷的工作環(huán)境中，才可進行配套作業(yè)，同時在配套作業(yè)的時候，轉(zhuǎn)移連續(xù)采煤機還需話費過多的時間，致使開采效率降低。其次，連續(xù)采煤機與錨桿鉆車配套作業(yè)時，為保證作業(yè)消耗的經(jīng)濟成本處于合理范圍，則須有效控制連續(xù)采煤機換位時消耗的時間，并確保在換位時機械設備的運作操作穩(wěn)定。但是配套作業(yè)在實際的運作過程中，需要多次調(diào)動連續(xù)采煤機，如果調(diào)動范圍超出可控區(qū)域，則會影響到采煤機的運作穩(wěn)定性。因此，連續(xù)采煤機與錨桿鉆車的結合使用給煤礦作業(yè)帶來了一定限制。

5.2 懸臂式掘進機機載能力較低

懸臂式掘進機的機械化能力較低，僅能實現(xiàn)截割與運煤的掘進作業(yè)，其余工作還需人工補充，需要耗費多余的人力與物力。此外，由于懸臂式掘進機的開采作業(yè)項目分散，因此在掘進作業(yè)開始的前期階段中，需要煤礦開采工作人員進行各項工作的準備，此項過程消耗大量的時間，為煤炭巷到掘進帶來不必要的成本消耗。同時，懸臂式掘進機在開展掘與錨兩大工序時，由于是在有限的作業(yè)空間內(nèi)進行交替作業(yè)，使得作業(yè)效率大大降低，有時還會引起嚴重的安全事故。

5.3 掘錨一體化機械技術存在局限

從掘錨一體化機械技術的實際應用效果可以看出，該項技術的潛在價值并未很好地發(fā)揮出來，主要是在我國開挖環(huán)境與條件較好的礦區(qū)中并未充分應用掘錨一體化機械技術，有的只是使用掘錨一體化機械技術的部分內(nèi)容，因此導致掘錨一體化機械技術未發(fā)揮出實際效果。但是對于一些開挖環(huán)境不充分的地區(qū)，受到地質(zhì)地貌的約束，現(xiàn)階段仍舊存在許多礦區(qū)無法構建較為完善的施工建站。掘錨一體化機械技術無法發(fā)揮出價值的原因不僅在于地質(zhì)約束，最根本的是掘錨一體化機械技術無法提供掘、錨平行作業(yè)的功能。

6 煤礦巷道掘進技術和裝備發(fā)展趨勢分析

6.1 系統(tǒng)集成化發(fā)展趨勢

現(xiàn)在煤礦巷道掘進技術朝著集成化的方向發(fā)展著，如快速掘進技術與懸臂式掘進技術的聯(lián)合使用，是煤礦巷道掘進技術集成化發(fā)展的體現(xiàn)。由于我國地質(zhì)條件復雜多樣，煤礦巷道掘進技術系統(tǒng)集成化的發(fā)展，還可以更好地適應不同的開挖條件和不同地質(zhì)的煤礦巷道掘進需求，從而達成有效疊加優(yōu)勢的目標，推動我國煤礦掘進開采業(yè)發(fā)展。此外，集成化系統(tǒng)還可以提高懸臂式掘進機的工作效率，如在懸臂式掘進機完成割煤工作后，利用臨時支護支架形成頂板支護，將采集到的煤炭轉(zhuǎn)運至運錨機中，之后再借助帶式轉(zhuǎn)載機將采集的煤炭運送到對應的轉(zhuǎn)載機內(nèi)部。

另外，科研人員需要將巷道掘進工作當做一項系統(tǒng)性的工程進行研究，從而有效分析掘進過程中出現(xiàn)的問題，并通過不斷的優(yōu)化，獲取更加科學有效的集成化掘進模式，提高煤礦巷道掘進技術的工作效率。除此之外，工作人員還需不斷完善掘進設備，更好地達成支護、掘進與運輸作業(yè)相結合集成開采目標，從而為煤礦巷道掘進探索出不同的作業(yè)模式。

6.2 智能化發(fā)展趨勢

隨著信息化技術水平的不斷提高，該項技術已經(jīng)能夠應用在日常生活與各行各業(yè)的生產(chǎn)過程。對于煤炭設備的設計與組建而言，信息技術不僅可為其帶來智能化的提升，還可幫助煤礦巷道掘進設備不斷升級與更新，解決傳統(tǒng)煤礦掘進設備存在的問題，有效提高設備開采效率，減少開采成本。因此，信息化時代的發(fā)展，促進煤礦巷道掘進設備朝著智能化的方向發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)能夠形成具有故障自主診斷、地質(zhì)自動鑒別的智能掘進設備，擴大煤礦裝備與技術的應用范圍。

7 結束語

煤礦巷道掘進是煤炭開采項目中的重要環(huán)節(jié)，因此，需要不斷優(yōu)化與完善煤礦巷道掘進技術及裝備，從而更好地適應新時期提出的發(fā)展需求?，F(xiàn)階段，煤礦巷道掘進工程相關人員需客觀看待掘進技術與裝備存在的問題，探尋出國內(nèi)發(fā)展的短板，從而利用各類先進技術不斷縮小與世界先進水平之間的差距。另外，還需利用先進的技術與發(fā)展理念，針對我國煤礦巷道掘進進行創(chuàng)新與升級，更好地優(yōu)化各項技術和設備，提高煤礦巷道掘進效率，減少開采的能源消耗，實現(xiàn)社會與經(jīng)濟效益的和諧發(fā)展。