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煤矿巷道掘锚一体化快速掘进技术研究周明明发布时间：2021-08-05T10:05:06.879Z 来源：《中国科技人才》2021年第12期作者：周明明南渭平[导读] 现如今，随着我国经济的快速发展，由于我国煤矿掘进机械化水平的提升，在传统的锚网索支护条件下，锚杆巷道掘进受到诸多的影响，锚杆支护占据了总掘进的大部分时间，制约着巷道掘进效率。
现阶段综掘施工的方式有锚杆钻机+连续采煤机、单体锚杆钻机+掘进机、掘锚一体化机组。
周明明南渭平陕西建新煤化有限责任公司陕西省延安市 727300摘要：现如今，随着我国经济的快速发展，由于我国煤矿掘进机械化水平的提升，在传统的锚网索支护条件下，锚杆巷道掘进受到诸多的影响，锚杆支护占据了总掘进的大部分时间，制约着巷道掘进效率。
现阶段综掘施工的方式有锚杆钻机+连续采煤机、单体锚杆钻机+掘进机、掘锚一体化机组。
其中，锚杆钻机+连续采煤机支护技术易受到地质条件的制约，当掘进过程中顶板破碎时，需要短掘快支护的方式，制约着巷道掘进速度；单体锚杆钻机+掘进机支护技术的辅助作业时间较长、巷道单进水平低、工人劳动强度大、掘进和支护作业分离，致使巷道掘进速度慢；掘锚一体化机组支护技术不需要撤离掘进机，就能完成支护作业，控制了围岩变形，适用于顶板较为破碎的地质条件，减少了辅助作业时间，改善了煤巷的顶板环境。
因此，采用掘锚机进行巷道支护，推动了掘锚一体化围岩控制的技术发展，实现了割煤和锚杆支护的平行作业，提高了巷道的掘进速度。
关键词：煤矿巷道；掘锚一体化；快速掘进技术引言煤矿快速掘进的过程中也会出现衔接不正常的现象。
如果运用掘锚机就能够有效地解决锚杆支护对煤巷掘进造成的影响。
这样不仅能够避免在采掘的过程中出现比例不对的现象，更能够有效地提升技术水平，最终也就能够提升煤矿掘进的能力。
1掘锚一体化高效掘进概念及内涵掘锚一体化高效掘进是针对低应力煤巷，基于掘锚一体化、空间多维度同步支护等技术，将掘进工程进行系统一体化设计，通过装备创新构建掘进、支护、运输、除尘等工序的同步作业线，达到提高成巷效率的目的。
掘锚一体机在煤矿掘进施工中的应用研究摘要：结合神东布尔台煤矿巷道施工实际情况，介绍了山特维克MB670型掘锚机在煤矿掘进施工的中应用，山特维克MB670型掘锚机可以实现截割、装载、支护同步，平行作业，一次可以成巷，具有支护可靠、巷道成型好、施工工艺简单和劳动强度小的特点，从而达到高产高效的目的。
关键词：掘锚一体机；快速掘进；安全高效；应用分析1、引言煤矿巷道掘进速度的快慢直接决定了采掘的衔接性，随着采煤机械的发展，煤矿掘进机械化水平相对比较滞后，随着采煤机械设备的投入，回采速度不断增加，目前国内广泛使用的悬臂式掘进机已经不符合现在掘进衔接的需求，掘进机械水平逐渐向掘锚一体机方向发展，掘锚一体机顾名思义就是把掘进和支护结合起来平行作业，具有单个循环进尺占用时间少和掘锚平行作业等优点，所以采用掘锚一体机可以实现截割、装载、支护平行作业，可以一次成巷。
2.掘锚一体机在煤矿中的应用分析2.1设备特征掘锚一体机主要的组成系统有截割系统、锚杆系统、支护系统装载系统、液压系统、行走系统、降尘系统以及主机架等。
该设备的主要技术特征见表2所示。
表2 MB670型掘锚一体机技术参数MB670型掘锚一体机机身上设有护帮板和4级顶棚，临时支护设置在载割滚筒后，可以充分保证作业人员的人身安全以及设备的稳定性。
MB670型掘锚一体机采用PLC控制系统，可以自动控制载割和掏槽，另外还可以实时监控机身状况，确保设备的安全稳定性。
MB670型掘锚一体机还具有以下优点：（1）在进行掏槽时，滑动机架会前移，但是履带原地不动，所以保证了底板不会受到破坏；（2）通过PLC控制系统可以实现对零水平位置和巷道载割高度的控制；（3）掘锚机通过无线遥控器进行操作，从而保证了操作人员的安全；（4）具备操作数据记录和故障记录；（5）通过巷道内吊挂的有害气体传感器和机身安装的传感器实现瓦斯的探测，进一步保证了巷道掘进的安全性。
2.2施工工艺巷道施工方法采用掘锚机按设计要求一次切割成巷并同时完成支护工作，掘锚机、连运一号车、桥式转载机、胶带机运煤。
当代化工研究Modem Chemical Research15 2021・09行业动态煤矿巷道快速掘进技术及快速掘进装备发展现状研究*刘子港(山西西山煤电股份有限公司西曲矿山西030200)摘耍：本文立足于煤矿巷道快速掘进技术的发展情况，挖掘机械化、智能化、一体化方面存在的问题，并通过案例分析的方式，阐述掘 进装备与技术的优化措施，最后对快速■掘进技术与装备发展前景加以展望.力求通过本文研究，弥补当前快速掘进的发展缺陷，为后续快速■掘进领域发展指明方向”关键词：煤矿巷道；掘进技术；掘进设备；发展现状中国分类•号：T文献标识码：AResearch on Development Status of Rapid Tunneling Technology and Equipment in CoalMine RoadwayLiu Zigang(Xiqu Mine,Shanxi Xishan Coal and Electricity Co.,Ltd.,Shanxi,030200) Abstract z Based on the development of r apid tunneling technology in coal mine roadway,this paper explores the p roblems in mechanization, intelligence and integration,and expounds the optimization measures of t unneling equipment and technology through case analysis.Finally,it looks forward to the development prospect of r apid tunneling technology and equipment.Through the research in this paper,we try to make up for the development defects of c urrent rapid tunneling and p oint out the direction f or the development of t he f ield of r apid tunneling.Key words：coal mine roadway；tunneling technology^tunneling equipments development status当前国内煤矿开采行业不断发展，采矿技术水平不断提升，但因快速掘进技术与设备发展速度缓慢，导致许多企业出现采掘失调情况，严重影响发展效率。
2021年第5期2021年5月随着现代化工业的发展，矿井煤炭产量与煤炭工业水平不断攀升，煤矿采掘生产衔接紧张已成为困扰煤炭发展的重要难题。
近年，技术装备不断更新换代，采用高新设备提高巷道掘进速度是解决这一重要难题的根本手段，煤矿各项实践表明综合机械化作业淘汰传统施工工艺是今后发展的主要方向[1]。
掘锚一体机是集掘进、支护为一体，高度集成化的巷道快速掘进设备，掘进效率较传统施工有着革命性改变。
其有创造良好工作条件、具有更高安全性、降低职工劳动强度等显而易见的优点，且更容易确保工程速度和质量[2-3]。
掘锚一体机是把掘进设备、锚杆钻机和临时支护装置整合一体化的机械设备，不仅能完成截割、装煤工序，还具备钻孔、支护锚杆的功能，使截割和支护工艺能在一定程度上平行作业。
掘锚一体机的应用推广对矿山掘进工程具有深刻的变革意义。
1工程概况山西晋北马道头矿3-5#煤层北四盘区8406综采工作面2406胶带顺槽的设计长度为2090m ，矩形断面，断面宽度×高度为5500mm ×3800mm 。
8406综采工作面位于北四盘区最南侧，在北四3条大巷西翼，工作面其余三侧为实煤区。
巷道为全煤巷，沿煤层底板掘进。
煤层平均厚度12.69m 。
巷道的直接底以泥岩为主，直接底厚度约为2.24m 。
巷道顶部采取的支护方式为锚杆、锚索配合W 钢护板和钢筋网联合布置。
巷道顶板支护延走向方向的间排距为800mm ×900mm ，采取每排7根锚杆和每排4根锚杆、3根锚索交错布置的形式，两帮采取左旋无纵筋螺纹钢锚杆配合菱形网、W 钢护板形式进行支护。
2掘锚一体机简介掘锚一体机主要由截割部、临时支护、液压锚杆（索）钻机群、自动托送网和上钢带装置4个核心部分组成。
掘锚一体机按功能划分的构成分别是截割区、支护区、及时锚固区、稳定补支区、控制区和补给区6个区域，实现一掘、一护、一网、一支协同作业。
支护区、及时锚固区、稳定补支区包含7台顶锚钻臂和6台侧锚钻臂。
掘锚一体化快速掘进成巷技术就国产悬臂式掘进机而言，单机技术已接近国际先进水平。
但无论是引进设备还是国产设备，一旦进入掘进循环系统，均难以达到快速掘进要求，采掘比例失调现象仍很严重。
这是因为，除由于掘进机本身可靠性的影响外，主要配套环节如支护、转载、运输、供电、供排水、通风、通信、安全等亦是掘进速度受制约的关键因素。
据测算，在一个循环中支护时间可占总时间的50％～60％，切割占20％～30％，系统故障影响占10％～15％。
如能解决支护与切割的同步或交叉同步作业，就可大大提高单位时间内的掘进速度。
现有巷道掘进机，均为部分断面悬臂式掘进机，工作原理基本相同。
通过升降臂上下、水平摆动，配合截割头旋转呈S形运动轨迹完成一个断面切割。
科研单位和生产厂家曾多次尝试，在悬臂式掘进机上安装单体锚杆钻机。
为避免悬臂式掘进机升降臂的运动与锚杆钻机干涉，锚杆钻机只能安装在升降臂后部，造成的实际空顶距较大。
除神华、大同矿区地质条件较好以及个别煤矿空顶距可达10 m外，我国其他矿区顶板条件均较差，采用悬臂式掘进机机载锚杆支护很难满足作业规程要求，为确保及时支护只能停机作业。
由于掘进与支护无法平行作业，按目前配套形式，无论采取锚杆支护还是架棚支护，即使后配套都很正常，每掘进一循环（按1 m计）仍约需55～75 min 进行支护。
按目前“四六”制作业方式，每天的极限掘进量是18～22 m，按每月25个工作日计，最高月进尺为450～550 m。
随着高效集约化矿井建设的发展，这一掘进速度显然难以满足要求。
解决的惟一途径就是自主开发能完成掘锚平行作业的设备——掘锚机组，以满足高效集约化采煤技术的配套要求。
煤炭科学研究总院南京研究所研制的JMZ型掘锚机组如图6-11所示。
图6-11 JMZ机载锚杆钻机及其配套示意图A——掘进机；B——机载锚杆钻机；C——联合组件机载锚杆钻机组成1——滑道；2——滑台；3——主臂；4——钻架掘锚机组的工作原理是：掘锚机组截割部在上下摆动切割煤岩的同时，装运机构将破落的煤岩通过星轮和刮板运输系统运至机后配套运输设备，机载除尘装置处于长时工作状态，同时掘锚机组上的机载锚杆钻机进行钻孔、安装锚杆作业，一排锚杆安装完毕，机器前进进行下一循环作业，其作业程序如图6-12所示。
掘锚一体技术在煤巷快速掘进中的应用煤巷快速掘进是目前煤矿开采非常重要的工作之一。
大部分煤矿在这一工作中，主要是选择掘锚一体技术，通过应用这种技术，不仅节省作业时间，而且提高作业效率，充分满足工作需求。
标签：掘锚一体；煤巷；掘进；应用煤巷快速掘进在煤矿开采过程中，具有重要的作用。
目前，很多国家都在应用掘锚一体技术力求在煤矿开采过程中，提高掘进效率。
实践证明，掘锚一体技术主要是依靠以下优势获得了许多产煤国的青睐。
第一，采用掘锚一体化施工，单巷掘进成巷速度可提高50%以上，掘锚一体化施工循环时间一般在30min以内，正常情况下日进尺为30～40m，月进尺1000～1100m。
由此可见，应用掘锚一体技术在保证安全的基础之上，提高掘进效率。
第二，采用掘锚一体化施工，缩短顶板暴露时间，使用机械化作业，使锚杆支护质量大幅度提高，支护效果显著改善。
第三，掘锚一体化施工工艺适合于顶、帮状况比较差的单巷及双巷掘进。
随着科技的不断发展，掘锚一体技术也发生了较大的变化，无论是采用的机械设备还是各项工艺，都进行了较大的革新，使得掘锚一体技術能够应对不同复杂情况的煤巷掘进作业，同时提高工作效率、保证工程质量。
1应用历程掘锚一体化施工技术有着长期的应用历程。
这一技术在20世纪90年代出现就已经在奥地利V oestAlpine公司得到了应用，在这一过程中通过ABM20掘锚机的应用能够促使主副机架能够相对滑动，从而在很大程度上解决了掘锚平行作业问题。
除此之外，在这之后，在1992年该企业将其改型为ABM30掘锚机，并且在这一过程中将其截割和装运机构能力加大并且合理的减少锚杆钻机台数。
掘锚一体化施工技术的技术优越性主要包括了其适用范围更广并且支护效果更好地与此同时掘进工效也有了进一步改善，从而导致了引起世界采矿界的广泛关注并且也被誉为煤巷掘进的一次技术革命。
2应用前提及支护效果掘锚一体化施工技术有着相应的应用前提。
既由于我国的煤炭开采主要是以井工为主，这一技术在10年前得到了很大程度的进步，但是需要注意的是，在这一过程中综掘机械化程度为25.87%，这在很大程度上导致了综掘的发展远远滞后于综采。
煤巷掘锚一体机快速掘进技术及工艺研
究
摘要：煤炭是我国目前和今后很长一段时间内的主要能源，是保障国家能源安全和稳定供给的战略基础，是国家经济发展的重要支柱。
关键词：煤巷；掘锚一体机；快速掘进技术；工艺
引言
目前，全国有4700个煤矿，生产能量40亿吨，1200个大型现代化煤矿，年生产量超过120万吨，占到了全国80%。
目前，大型现代矿井普遍采取“一井一面”的集约化采矿方法，其年新增掘进长度约12000 km，各综采工作面平均推进速度为30 m/d，单个掘进队的巷道掘进进尺达70~80 m/d，而我国煤矿巷道综掘平均掘进进尺为10 m/d，传统的综掘方式已无法满足综采工作面需求，通过增加掘采队伍比例来满足综采工作面需求的方式已不可持续。
巷道快速掘进技术是煤矿生产的客观需要。
1.巷道掘进面临的一些问题
目前我国煤矿的巷道掘进不仅存在技术问题，而且存在着较大的安全隐患。
主要有冲击地压问题、煤与瓦斯突出问题和深部巷道大变形问题。
以上问题对巷道的有效施工造成了很大的影响。
1.1.煤与瓦斯突出问题
进入到深部开采时，煤层中瓦斯含量和瓦斯压力增加，使得煤与瓦斯突出危险性增加。
煤与瓦斯突出是煤体和瓦斯混合突出的一种现象。
在出现煤与瓦斯突出问题后，会诱发一系列的灾害，主要是瓦斯爆炸的危险性增加。
这是由于煤与瓦斯突出时会释放大量的瓦斯，巷道中的瓦斯浓度很容易达到爆炸浓度界限。
这种现象发生在煤巷掘进和石门揭煤的过程中。
值得注意的是，煤与瓦斯突出的机理尚不明确，虽然学者们提出了很多理论，但是并未达成统一。
对于煤与瓦斯突出防治，在掘进过程中主要是采取瓦斯抽采的方式。
1.2.冲击地压问题
随着煤矿开采深度的增加，地下工程岩土所承受的岩石压力增加，这使得在某些条件下巷道中容易发生冲击地压。
冲击地压是井巷围岩积累的弹性变形能瞬时释放而产生的距离动力现象。
在发生冲击地压时，常常伴随着煤岩体的高速抛出，严重的还会引发矿震，对煤矿巷道的破坏极大。
目前，冲击地压已经成为煤矿安全开采过程中所面临的一个重要难题。
冲击地压防治困难主要体现在两方面，一方面是冲击地压发生的机理不明确，导致有时需要防治的区域面积过大；另一方面是现有的支护手段对于冲击地压的防治效果尚不明确。
在进入深部开采后，很多矿井经过鉴定都具有冲击危险性，这使得在巷道掘进时需要采用更多的安全支护措施。
1.3.深部巷道大变形问题
在深部，由于受压高，部分岩体表现出软岩特征。
在目前的支护情况下，巷道将发生较大的变形。
特别是在大变形作用下，巷道变形随时间推移而增大。
在某些条件下，隧道截面最多能减少50%，从而降低了巷道的可用性和安全性。
当隧道发生较大变形时，必须进行再建，这将耗费较多的时间。
2.影响巷道掘进速度的因素分析
2.1.巷道支护
巷道支护的效率对巷道掘进有显著的影响。
通常情况下，为了保证安全性，工人必须在有支护条件的巷道中作业，这就要求在巷道掘进完成后及时对巷道进行支护。
巷道支护可以分为永久支护和临时支护两种。
永久支护工艺流程比较复杂，消耗的时间比较长，需要具体设计支护强度。
通常情况下，临时支护工艺流程比较简单，且支护速度比较快。
在一些特殊情况下，例如岩体比较破碎时，需要采用棚式支护，这时支护的工作量比较大。
一般巷道支护所需的时间越短，巷道的掘进速度也就越快。
2.2.掘进方式
巷道的掘进方式对巷道的掘进速度有着显著的影响。
根据巷道类型的不同，采用的掘进方式也不同。
对于煤巷（煤层中掘进的巷道），通常采用掏槽法和连续采煤机掘进方法。
一些大型煤矿掘进煤巷时采用连续采煤机，每月进尺最高可以达到3000m左右，掘进速度非常快。
对于岩巷（岩层中掘进的巷道），通常采用钻爆法和综掘法。
钻爆法适用于各种条件下岩巷的掘进，主要是在岩层中钻孔进行爆破，从而使巷道成型。
这种方法需要消耗大量的时间在钻孔上，而且巷道断面成型的质量差。
目前该方法在小型矿井岩巷中仍被广泛应用。
此外，随着巷道掘进技术的发展，盾构机也被应用于煤矿巷道掘进中。
为了适应煤矿巷道的掘进，一些公司研发了小型巷道掘进盾构机。
盾构机的应用大幅度提高了巷道掘进的效率，这
主要是因为盾构机对地质条件的适用性大大提高。
在一些煤矿应用中可以发现，相较于综掘机而言，采用盾构机掘进后，巷道掘进速度提升5～10倍。
需要注意的是，盾构机的体型较大，对设备的运输和安装要求较高，所以这种方法在煤矿巷道掘进中并未得到广泛应用。
2.3.施工管理
在巷道掘进施工过程中，需要大量的人员和设备进行施工作业。
如何合理地对人员和设备进行配置显得尤为重要。
在现有的巷道施工作业中，由于不能进行有效的施工管理，则会在某些工序上消耗大量的时间，这严重影响了巷道的掘进速度。
施工管理必须要针对巷道掘进的实际地质情况进行，也就是说，人员和设备分配越合理，巷道的掘进速度就越快。
3.实现巷道高效掘进的措施
3.1.采用掘锚一体机进行施工
在煤矿巷道施工过程中，很多巷道依然采用锚杆进行支护。
因此，在巷道综掘过程中，可以优先考虑掘锚一体机进行施工作业。
例如天河科技自主研发的四臂掘锚护一体机，在悬臂式掘进机平台上增设了钻机系统、除尘系统、支护系统等组件，实现了巷道快速掘进、锚固、除尘、临时支护等功能。
这样可以大大减小支护工艺的复杂性，进而加快巷道的掘进速度。
与此同时，还应该考虑到煤矿地质条件的变化，以及对掘锚一体机应用的影响，并制订相应的保护措施。
3.2.采用盾构机施工
一些小型盾构机研发成功，并在一些煤矿中得到应用。
未来，有条件的矿井可以采用盾构机进行掘进，一方面，可以保证掘进速度；另一方面，可以保证煤矿巷道掘进的安全性，特别是在深部高应力巷道掘进可能发生岩爆和冲击地压的情况下。
目前，盾构机在煤矿井下的运输和安装仍然是个问题，亟需要解决。
3.3.必须保证可视化远程干预操作
采取有效措施降低煤尘、水雾等对摄像头的影响，实现可视化远程干预操作。
同时，应该引入实时现场模型，将每一道工序具体为模型里对应的步骤实现对现场工序的还原，提高对装备的精准控制。
3.4.需要进行多装备之间数据多源异构融合
相较于综采工作面，掘进工作面所配备的设备数量相对较少，但掘进工艺中需要多台设备多步骤协同进行，因此需要进行多装备之间的数据多源异构融合，达到协同控制的目的，最终实现智能化掘进。
4.结束语
综上所述，煤矿巷道的高效掘进是煤矿生产中的一个重要内容。
目前我国煤矿的巷道施工，除技术问题外，还存在着较大的安全隐患，如冲击地压、瓦斯突出、深井大变形等。
在巷道施工中，巷道掘进速度受多种工艺条件的制约，其主要包括掘进方式、巷道支护、施工管理等。
根据这一特点，从掘进方案设计、采用掘锚一体机进行施工以及采用盾构机进行施工等几个角度来提高掘进速度。
参考文献
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