煤矿巷道智能掘进装备的关键技术问题探讨

煤矿巷道智能掘进装备的关键技术问题

探讨

摘要：为了提高煤矿开采效率、解决采掘比例失调问题及减少生产安全灾害，发展巷道智能化快速掘进技术是主要攻关研发的方向之一。实现智能化掘进的主

要途径是研发智能化掘进装备。目前，在神东煤炭集团大柳塔煤矿应用的快速掘

进系统实现了快速掘锚护等工作，但是智能化程度总体不高，仍存在单机掘进装

备可靠性及掘进效率等实际问题。因此，笔者从掘进装备技术出发，分析掘进过

程中的关键性技术问题，为实现快速、高效、安全的巷道智能化掘进提供参考。

关键词：煤矿巷道;智能掘进装备;关键技术;问题

引言

新时期，中国的国民经济发展对煤矿开采技术提出了新要求。随着中国国内

生产总值的不断上升，能源在国内生产总值中的贡献率也在不断提高。与之相匹

配的是煤炭产量，而与之不匹配的则是落后的煤矿巷道掘进技术和老旧的装备。

煤矿巷道掘进技术和装备是保证煤矿开采质量和效率的关键因素，因此有必要对

其进行探讨。

1快掘技术及装备发展对策

发展掘锚一体化技术及快速掘进成套装备是实现煤矿安全高效生产必然的选择，主要发展对策如下：1）进一步深入研究掘进工艺和支护工艺，实现掘进与

锚护平行作业，有效提高掘进效率。2）针对不同煤矿地质条件，集成并研发先

进的掘进技术和装备，实现高效率、高可靠、高质量掘进。3）借助于信息化、

智能化等高新技术，研发快速掘进智能机器人系统，实现掘进系统高效、智能掘进。

2煤矿巷道智能掘进装备的关键技术

2.1截割头及齿座表面喷涂耐磨技术

对于岩巷掘进设备而言，若能提高设备关键部位的耐磨性，则可以提高设备

的使用性能。岩巷掘进设备在使用时，截齿受到高强度的磨损会产生负后角，负

后角会在设备运行过程中挤压岩石，造成大量岩粉的出现。以往通常使用堆焊耐

磨材料的办法减少负后角的出现，但现在主要使用激光熔覆的方法解决截割头与

齿座表面磨损问题。激光熔覆主要利用硬质合金碳化钨基或自熔合金类的耐磨材料，在使用时利用数控激光熔覆与激光表面淬火工艺，将耐磨类材料与基材表面

的薄层同时融化，经过快速凝固后将在部件表层形成与基体冶金表面相结合的耐

磨涂层，耐磨涂层一般厚1.5～2.0mm。通过激光熔覆可以提高部件覆抗磨损性能，并且激光熔覆后的齿座耐磨性提高、为普通堆焊耐磨材料的5倍。

2.2提高掘锚装备与锚护材料的协同性与匹配性

掘锚一体化施工可以压缩锚护时间，提高巷道的掘进效率，是煤矿快速掘进

施工发展的必然方向。然而仅对掘锚一体机自身进行研究还远远不够，必须把掘

锚装备与钻杆、锚杆(索)、锚网以及锚固(安全、技术)标准等统一到整个系统。

在进行掘进施工时，掘进方式应根据煤岩体的性质适当变化。例如，对煤岩体的

类型进行区分，并分别设计适宜的掘进方法。对于软煤而言，对掘进效率要求相

对较低，掘进装备的系统可以简单化，可选择小型多样性的截割臂，可使用移动

式的支护钻架或者小型智能机器人，其掘进速度更容易提高。对于硬煤而言，还

需要掘锚一体机，但是除了对装备本身进行优化外，可以在掘进机平台上通过已

有的装置设计或增加超前支护、临时支护等来进行优化，提高安全性。

2.3快速掘进技术及装备选型

快速掘进系统重点以装备为中心，围绕不同形式的掘进类型，进行系统的升级、优化和组合。通过研究多维度同步支护技术、工序自动化和连续化作业技术，统筹掘进工作面作业流程管理，针对不同地质条件，结合开掘巷道实际情况，创

新构建不同形式的掘进、支护、运输及除尘等工序协同作业线，实现掘支平行作业，杜绝空顶作业，有效提高矿井掘进效率的需求。我公司研发了多种煤矿智能

化快速掘进系统，主要包括纵轴式掘锚成套技术装备、连续采煤机成套技术装备、

横轴式快速掘锚成套装备、护盾式智能掘进机器人系统、锚运破+转载机+自移机

尾以及煤矿用智能自移式皮带机，同时配套相应智能管控系统。煤矿快速掘进系

统是一种新型的智能化机械成套装备，在设计与构造方面引入了对计算机、信息

技术等智能化技术的应用，在煤层地质构造不同的情况下，其使用效果与采用的

技术工法也存在较大差异。

2.4前探式临时支护

针对传统临时支护因空顶距大不能适应破碎顶板的技术难题，研制前探式机

载临时支护，将临时支护空顶距由1．0m减至0．4m，提升了锚护作业安全性，

同时提高了锚杆及时主动支护效果。掘锚一体机煤巷掘进采用一次成巷工艺，即

在一个作业循环内，掘进和支护同步进行，当锚杆支护完成一个排距后，系统前

移进行下一个作业循环，其后配套一般采用梭车或桥式转载机进行间断或连续的

转运。神东矿区是我国应用掘锚一体化技术较成熟的矿区，采用一次成巷工艺平

均月进尺达800m左右。与连续采煤机双巷掘进工艺相比，该工艺适用范围广，

支护效果好、掘进工效显著，安全性高，因而引起世界采矿界的广泛关注，被誉

为掘进史上的一次技术革命。尽管掘锚一体机实现了掘锚平行作业，但掘进与支

护的作业时间占比仍不均衡，支护与掘进的平行作业率仅30%左右，掘进速度仍

难以满足综采接续的要求，需要进一步创新掘进装备和工艺。

2.5系统集成化发展趋势

现在煤矿巷道掘进技术朝着集成化的方向发展着，如快速掘进技术与悬臂式

掘进技术的联合使用，是煤矿巷道掘进技术集成化发展的体现。由于我国地质条

件复杂多样，煤矿巷道掘进技术系统集成化的发展，还可以更好地适应不同的开

挖条件和不同地质的煤矿巷道掘进需求，从而达成有效叠加优势的目标，推动我

国煤矿掘进开采业发展。此外，集成化系统还可以提高悬臂式掘进机的工作效率，如在悬臂式掘进机完成割煤工作后，利用临时支护支架形成顶板支护，将采集到

的煤炭转运至运锚机中，之后再借助带式转载机将采集的煤炭运送到对应的转载

机内部。另外，科研人员需要将巷道掘进工作当做一项系统性的工程进行研究，

从而有效分析掘进过程中出现的问题，并通过不断的优化，获取更加科学有效的

集成化掘进模式，提高煤矿巷道掘进技术的工作效率。除此之外，工作人员还需