新時期煤礦巖巷掘進機械化的發(fā)展方向

郭孝先，李耀武

（煤炭科學研究總院，北京 100014）

按“十二五”規(guī)劃，我國煤炭年產(chǎn)量正向40億噸發(fā)展，年掘進約12 000km巷道，其中巖巷2000多千米，盡管只占巷道總數(shù)的20%左右，卻大約是非煤巷（隧）道總進尺的3倍。而煤礦巖巷施工難度大、工期長，又是新井建設和煤炭生產(chǎn)接續(xù)的“咽喉”工程。

國家“八五”科技攻關結束后，總結多年科技攻關的經(jīng)驗，將“全液壓鉆車和側(cè)卸式裝巖機為主的機械化作業(yè)線”、“氣腿式鑿巖機和耙斗式裝巖機為主的機械化作業(yè)線”，分別列為煤礦巖巷掘進的“高檔”與“普通”機械化作業(yè)線。其中，“全液壓鉆車作業(yè)線”，已具有月掘進120m，年掘進1000～1200m巖石巷道的能力，開灤、邢臺礦區(qū)等連續(xù)20余年在生產(chǎn)建設中取得良好的社會經(jīng)濟效益。

由于1995-2000年間煤炭行業(yè)出現(xiàn)經(jīng)濟滑坡等原因，現(xiàn)90%以上的巖巷仍采用氣腿式鑿巖機和耙式裝巖機的作業(yè)線施工，月平均掘進速度僅有60m左右。進入20世紀，煤炭產(chǎn)量大幅度提高，安全意識強化，針對液壓鉆車等高檔機械化設備使用量迅速增長、新用戶使用經(jīng)驗不足、液壓鑿巖機等配套件出現(xiàn)質(zhì)量滑坡、轉(zhuǎn)載設備不完善、個別掘進隊使用效果不理想等，煤礦巖巷掘進機械化問題重新引起人們的關注，在研究如何發(fā)揮全液壓鉆車-側(cè)卸裝巖機作業(yè)線能力的同時，有人再次尋求采用懸臂式掘進機、鉆裝機組（鉆裝錨機組）、全斷面巖石掘進機械化方式的可能?；仡櫭旱V巖巷掘進機械化的發(fā)展歷程，總結經(jīng)驗教訓，研究國內(nèi)外煤礦巖巷掘進技術的進展，明確煤礦巖巷掘進機械化的發(fā)展方向，有益于扭轉(zhuǎn)煤礦巖巷掘進速度低、安全條件差的落后局面。

1 煤礦巖巷掘進機械化作業(yè)方式的探討與實踐

我國煤炭行業(yè)一直重視巖巷掘進機械化，1963年總結了“巖巷掘進十六項經(jīng)驗”，并于1973年進行了修改，其中包括一次成巷、氣腿式鑿巖機鉆鑿炮孔、耙斗式裝巖機裝巖、錨噴支護等，奠定了以氣腿式鑿巖機與耙斗裝巖機為主的普通掘進作業(yè)線的基礎[1]。

1960～1980年間，煤炭行業(yè)不斷進行巖巷快速掘進以及施工裝備的試驗研究，研制了電動鑿巖機、底卸式鏟斗裝巖機、側(cè)卸式裝巖機、蟹爪式裝巖機、耙斗式裝巖機、混凝土噴射機、液壓錨桿鉆車 （錨桿打孔安裝機）、皮帶轉(zhuǎn)載機、梭式列車等，并試制了掘進鉆車、鉆裝機、全斷面巖石掘進機等。

上世紀70年代末，煤炭行業(yè)引進了適用于煤礦的液壓鑿巖機、全液壓鉆車，并多方案地對巖巷掘進機械化作業(yè)方式以及關鍵設備進行研制、攻關，還引進了鉆裝機、懸臂式“巖石”掘進機等，其中，鉆裝機的數(shù)量多達22臺套。到1995年，經(jīng)過對“氣腿式鑿巖機-耙斗裝巖機”、“全液壓鉆車-側(cè)卸式裝巖機”、“鉆裝機組 （鉆裝錨機組）”、“電動鑿巖機-耙斗裝巖機”、“支腿式液壓鑿巖機-液壓耙斗式裝巖機”、“全斷面巖石掘進機”等作業(yè)方式試驗研究后，淘汰了“電動鑿巖機-耙斗裝巖機”、“支腿式液壓鑿巖機-液壓耙斗式裝巖機”作業(yè)線；一度呼聲較高、長期進行“攻關”的“鉆裝機（鉆裝錨機）組”和“全斷面巖石掘進機”的研制終止下來，確立了“以氣腿式鑿巖機與耙斗式裝巖機為主的普通機械化作業(yè)”和“以全液壓鉆車與側(cè)卸式裝巖機為主的高檔機械化作業(yè)線”，并正式列入《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范》（中國煤炭建設協(xié)會起草、中華人民共和國建設部批準、2006年1月1日起實施）[2]。

1.1 全斷面巖石掘進機在煤礦的實踐

煤礦全斷面巖石掘進機的研制始于上世紀60年代末，到80年代，直徑φ5m和直徑φ3.2m的兩種掘進機 （見表1）正式用于巖石巷道掘進[3]，取得一定效果，也暴露出一些問題。

表1 煤礦全斷面巖石掘進機主要性能參數(shù)

φ5m掘進機于1986年6月～1989年末，在山西古交東曲煤礦東平峒試用（巖石抗壓強度30～140MPa），共掘進3600m，平均月進103.4m，最高月進202m；月進100m以上的月份占40%，正常工作月份的機械利用率（掘進機開機時間與總時間的比值）為17.2%，最高月進尺時的機械利用率為24.9%；最佳日進尺12.7m，最佳班進尺5.8m。

φ3.2m掘進機于 1988年 1月～1989年2月底，在云南羊場煤礦楊家礦井（巖石抗壓強度50～180MPa）共掘進1014m巷道，平均月進尺156.13m，最高月進尺260.17m，最高日進尺13.6m，最高班進尺6.4m。

全斷面巖石掘進機的應用證明了它的可行性，但與國外煤礦巖石掘進機平均月進尺300～400m，最高月進尺600m，最高日進尺20m的差距較大；平均月進尺低于液壓鉆車與側(cè)卸裝巖機作業(yè)線的實際使用效果；在地質(zhì)條件復雜或巖石抗壓強度高、磨蝕性大的巖層，不宜達到最佳速度；機械利用率大大低于國外的水平；全斷面巖石掘進機重復使用可能性小，工程成本高。鑒于我國煤礦適于全斷面巖石掘進機基本條件的工程極少，1990年起，未再安排新的研制計劃。

進入21世紀，大同煤礦于2003年8月～2004年2月，在年產(chǎn)量1500萬t的特大型礦井的平峒掘進中（掘進斷面20.33m2；平峒掘進總長度3500m；基巖含礫粘土巖、石英砂巖、角閃片麻巖、混合花崗巖等，巖石抗壓強度40～60MPa）使用美國羅賓斯（Robins）制造的巖石掘進機，完成掘進進尺2960m，平均月進尺493.3m[10]，最高月進尺650m，取得我國煤礦使用全斷面巖石掘進機的最好效果。這個實例的特點是：年產(chǎn)量超過千噸的特大型煤礦建設工程、平峒長度3500m、巖石條件好，并采用了國際先進的掘進機。使用單位在技術總結中提到：“掘進機對地質(zhì)條件變化的適應性較差，在復雜巖層中使用應進行充分論證；設備的成本及維修費用較高，工程的初期投入較大”[10]。這說明，適用于全斷面巖石掘進機應用條件的煤礦巖巷工程不會很多。

1.2 煤礦巖巷鉆裝機組（鉆裝錨機組）的長期試驗

煤礦從上世紀60年代起試驗巖巷鉆裝機組，到1978年，共有50多臺鉆裝機組在新汶、淮南、北京、撫順等礦區(qū)試驗。其基本結構是耙斗式裝巖機、巖石電鉆或氣動鑿巖機，鑿孔速度低、事故率高，整機性能差，使用效果不佳；1976～1982年間，使用效果突出的撫順老虎臺煤礦，用鉆裝機掘進了1480m巷道，最高月進速度僅為100.5m（斷面12.22m2、巖石抗壓強度 40～60MPa）。

從“六五”到“八五”末，有多家科研、高校、制造廠研制了不少于7種型號、采用液壓鑿巖機的鉆裝機組（鉆裝錨機組，參見表2），有代表性的JZZ8-12Y型鉆裝機，采用YYG90A型液壓鑿巖機，于1990年2月在陜西韓城下峪口煤礦應用 （斷面17m2），月進尺僅43m；1991年1月～10月在湖南資興煤礦使用（斷面14.27m2），月進尺也僅有87m?！鞍宋濉笨萍脊リP的ZPG20G型鉆裝錨機組，因感到技術存在方向問題而終止了攻關合同。

上世紀80年代中期，煤炭行業(yè)引進了英國的鉆裝機組（見表3），其中，2000DL型21臺。

英國鉆裝機采用側(cè)卸式裝載機構、安裝了瑞典液壓鑿巖機，試驗、使用效果優(yōu)于國產(chǎn)鉆裝機，但也不甚理想。大同礦區(qū)于1985年3月試驗TDR-6型鉆裝機，月進尺僅為87m（巷道斷面16.6m2，抗壓強度 70～90MPa）；陽泉礦務局于1987年在貴石溝煤礦 （斷面20.4m2、巖石為石灰?guī)r、砂巖、泥巖，以石灰?guī)r為主，抗壓強度70MPa）使用2000DL型鉆裝機，總掘進358m，平均月進尺 89.5m，最高月進尺150m[4]，鉆裝機上COP1032型液壓鑿巖機的鑿孔速度達1.79m/min，加上輔助作業(yè)時間的鑿孔速度也達到1.17m/min；側(cè)卸式裝載機構的鏟斗 （斗容0.7m3）性能可靠，但整體綜合效果不理想。爾后，2000DL型鉆裝機一律被調(diào)往鶴崗興安煤礦，每年掘進巷道600多米，月平均進尺為50～60m，為該礦正式使用鉆裝機的最佳效果，應用效果與液壓鉆車作業(yè)的成效相差甚遠。

表2 典型液壓鑿巖鉆裝機主要技術特征

表3 進口鉆裝機組的主要特征

1995年后，煤炭行業(yè)未再安排研制鉆裝機組和鉆裝錨機組的計劃。

2000年以后，煤礦產(chǎn)量的提高使人們重新重視巖巷機械化問題，個別煤礦再次提出使用巖巷鉆裝機組。新時期的技術進步，使新研制鉆裝機的整體技術水平超過了上世紀。

然而，仍未取得理想的實際效果：三一重型裝備有限公司2008年以來開發(fā)的CMZY2-100/18型巖巷鉆裝機，采用挖掘式裝載、雙臂液壓鑿巖結構，安裝法國蒙塔貝特液壓鑿巖機，設計了負載敏感變量液壓控制系統(tǒng)與專用離機無線電氣控制系統(tǒng)，裝機容量75kW，機重30t。還在CMZY2-100/18巖巷鉆裝機的基礎上，開發(fā)了單臂鉆裝機產(chǎn)品。該產(chǎn)品采用了先進、可靠的液壓鑿巖機，設計技術完善、先進，雙臂鉆裝機于2010年在山東古城進行工業(yè)性試驗，日最高進尺5.6m，月最高進尺80m，使用效果不錯，但月進尺尚未超過巖巷鉆裝機的歷史最高水平。據(jù)了解，有單位購置機重26kg支腿式液壓鑿巖機，擬在挖掘式裝巖機基礎上組裝鉆裝機，因液壓鑿巖機功率過小，鉆裝機的整體水平不會好于“三一重裝”的產(chǎn)品。

1.3 全液壓鉆車作業(yè)線的應用

上世紀70年代末引進國外液壓鑿巖技術，促進了煤礦液壓鑿巖機與液壓鉆車的應用和發(fā)展。到80年代末，煤礦陸續(xù)使用了瑞典阿特拉斯·科普柯公司液壓鉆車2臺、芬蘭塔姆洛克公司液壓鉆車7臺、法國賽可馬公司液壓鉆車33臺、德國扎爾茨吉特公司液壓鉆車2臺[5]（見表 4）。

表4 上世紀80年代煤礦引進國外的全液壓鉆車

煤礦行業(yè)自1981年研制全液壓鉆車和液壓鑿巖機，LC10-2B型液壓鉆車于1986年在山東省兗州興隆莊煤礦試驗，連續(xù)兩個月進尺突破100m。1986年起，引進法國技術、安裝HYD200型液壓鑿巖機的CTH10-2F型液壓掘進鉆車逐步實現(xiàn)了國產(chǎn)化?！鞍宋濉逼陂g，又對液壓鉆車以及液壓鑿巖機等關鍵配套件的性能與可靠性進行了攻關，新設計的LC12-2B型液壓鉆車在技術上有所突破，并帶動了國產(chǎn)液壓鑿巖機等配套件的技術進步，達到了煤礦巖巷月掘進120m，年掘進1000～1200m的攻關目標。

液壓掘進鉆車從進入煤礦起，就顯現(xiàn)了優(yōu)于其它作業(yè)方式的明顯效果：

1980～1981年，山東新汶?yún)f(xié)莊煤礦使用瑞典TH430型鉆車，在斷面14.2m2的巖巷中掘進了1200m，最高月進150m。

1983～1984年，河南平頂山五礦使用芬蘭CMH207-F4型鉆車，在斷面17.1m2的巖巷中掘進了2000m，最高月進143m。

1987～1988年，黑龍江七臺河煤礦掘進了斷面17.6m2的巖巷2180m，并首創(chuàng)月進180m，年進1000m以上的好成績。

1988年起，使用CTH10-2F液壓鉆車的數(shù)量增多，并連創(chuàng)快速掘進記錄：1988年12月，河北開灤錢家營煤礦創(chuàng)月進尺 214.5m （斷面 14.7m2）記錄；1989年1月，河北邢臺東龐煤礦創(chuàng)月進尺217.8m （斷面15.3m2）記錄；1989年3月，江蘇徐州礦務局建井處創(chuàng)月進尺224.7m（斷面16.33m2）記錄；1989年5月，河北開灤錢家營煤礦又創(chuàng)記錄，月進尺達到252.4m（斷面14.7m2）；1990年10月，江蘇徐州礦務局建井處再創(chuàng)月進尺260.7m（斷面15.5m2）記錄。

1989年起，煤炭行業(yè)對鉆車掘進隊進行等級掘進隊考評 （見表5），到1997年，年進尺達到等級隊的共有88個 （次），其中，甲級隊的年掘進為1053m～1686.8 （斷面 14m2～21.4m2）；乙級掘進隊的年進尺也超過了1000m（斷面14m2左右）。

煤炭行業(yè)經(jīng)濟的滑坡曾使應用液壓鉆車的積極性受挫，但2001年后，煤炭產(chǎn)量連年增加，全液壓鉆車的需求量驟升，液壓鉆車和液壓鑿巖機的生產(chǎn)企業(yè)由2000年前的一家，分別發(fā)展到五家和兩家以上；液壓掘進鉆車由原來適應斷面 17m2一種，發(fā)展為 17m2（18m2）、21m2、27m2三種；其驅(qū)動功率也由45kW，發(fā)展到 45kW、55kW、75kW 三種。全液壓鉆車機械化作業(yè)線的擴大應用，進一步取得積極效果：開灤礦區(qū)始終保持應用10條以上液壓鉆車作業(yè)線，錢家營煤礦的3條作業(yè)線，連續(xù)實現(xiàn)年掘進1000m巷道以上，平均月進尺達100～120m[6]。2006年6月～9月，鐵法小青煤礦使用CMJ-17型液壓鉆車與ZCY-60型側(cè)卸式裝巖機，在21.84m2的大斷面巖巷，平均月進246m，最高月進251m，比使用7655氣腿式鑿巖機與耙斗裝巖機時月掘進速度提高了170m[7]。2007年5月開始，鶴壁中泰礦業(yè)公司在斷面16.7m2的巖巷，使用CMJ-17HT型液壓鉆車，月進尺連續(xù)達到95～100m，比使用氣腿式鑿巖機與耙斗裝巖機的月進尺40～50m提高1倍[8]。2008年9月～11月，平頂山煤業(yè)集團在四礦三水平進風井19m2的巖巷 （石灰?guī)r抗壓強度103MPa）使用CMJ17型液壓鉆車，平均月進尺127m，大大高于使用氣腿式鑿巖機時的月平均63m的掘進速度[9]?，F(xiàn)代化礦井的國投淮南劉莊煤礦，在試用“硬巖”懸臂式掘進機掘進巖石巷道無效后，進口了5臺德國單臂液壓鉆車，采用國產(chǎn)側(cè)卸式裝巖機與其配套，掘進斷面28～30m2巖巷的月進尺達到90m。2001年后使用液壓鉆車的新汶孫村、河南鄭州告城、山西西山官地、淮南謝橋等等，也都使掘進速度比使用氣腿式鑿巖機時提高30%～50%以上。

表5 1989～1997年的液壓鉆車等級掘進隊統(tǒng)計

2 新時期對煤礦巖巷掘進機械化作業(yè)方式的再認識

新時期再次研究煤礦巖巷掘進機械化作業(yè)方式，依然是對掘進機法和鉆爆法、鉆爆法中的液壓鉆車施工法、氣腿鑿巖機法和鉆裝機（鉆裝錨機）法的討論和認識。

2.1 科學地分析煤礦巖巷掘進的掘進機法

煤礦掘進機有全斷面掘進機與懸臂式掘進機兩種，按其破巖原理，全斷面掘進機適用于全斷面巖石巷道，懸臂式掘進機主要適用于煤與半煤巖巷道。

全斷面巖石掘進機掘進法（TBM法）是全巖隧道（巷道）掘進先進、成熟的方法，在適宜的條件下（包括經(jīng)濟條件、工程的地質(zhì)條件、使用條件等）能實現(xiàn)高速成巷，廣泛用于隧道、涵洞等非煤工程。正如前面所述，我國煤礦使用全斷面巖石掘進機已取得良好效果，但若廣泛使用，受到技術經(jīng)濟條件的限制。

懸臂式掘進機主要適用于煤與半煤巖巷掘進，為擴大使用范圍，截割電機功率已提高到400kW以上，雖在“巖巷掘進”中取得一定效果，也暴露了很多問題：淮南礦業(yè)的顧北煤礦使用英國多斯科公司MK3型重型懸臂式掘進機，掘進了635.24m巖巷（斷面24.1m2，總長1877.8m，巷道巖層主要為細砂巖和砂質(zhì)泥巖），最高月進尺208m，掘進工效是鉆爆法的2.7倍。但認為，巷道應盡量布置在巖石抗壓強度較小的巖層，當掘進機遇到堅硬巖石時，要輔以爆破[11]。開灤東歡坨煤礦于2008年10月起使用EBZ200H型懸臂式掘進機，在斷面15.82m2的巖巷（巖石抗壓強度50～80MPa），月進尺達 200.3m，綜合技術經(jīng)濟指標高于鉆爆法，但遇到“堅硬”巖石時，需要放震動炮?；茨蠂秳⑶f煤礦曾在巖巷試用“硬巖”懸臂式掘進機，但效果不理想，不得不改用全液壓鉆車作業(yè)線施工。

懸臂式掘進機切割機構的錐形截齒與全斷面巖石掘進機的滾刀在破巖原理上有根本區(qū)別，其蟹爪裝載與鏈式刮板轉(zhuǎn)載輸送機構，主要以煤和軟巖為對象。若將懸臂式掘進機應用到巖巷，需對破巖原理、巖石可鉆性、刀具結構與工藝、裝載與轉(zhuǎn)載方式等進行大量研究與試驗。目前市場上出現(xiàn)了諸多“硬巖懸臂式巖巷掘進機”，但主要適用于半煤巖巷道或破碎巖層巷道，尚不能在全巖巷道掘進中正式取代全斷面掘進機法與鉆爆法。

2.2 煤礦巖巷鉆爆法掘進機械化作業(yè)線的發(fā)展方向

上世紀80～90年代，歐洲煤礦為提高采掘機械化水平，礦井設計時盡量考慮多布置煤巷或半煤巖巷，使用懸臂式掘進機的煤巷與半煤巖巷道比例達到90%以上，以避免受到施工難度大、掘進速度慢的巖巷掘進的影響。對10%左右難以躲避的巖巷，將其斷面擴大到適于使用全液壓鉆車，以提高巖巷的掘進機械化水平。近年我國煤礦掘進技術的發(fā)展，也基本遵循這一規(guī)律，巖石巷道的比例逐漸減少。但我國煤礦地域?qū)拸V、條件差異較大，巖巷的比例會長期占20%以上，總工程量大，研究如何科學地應用與發(fā)展鉆爆法掘進，仍然具有現(xiàn)實的意義。

（1）煤礦巖巷鉆爆法掘進機械化作業(yè)線的實質(zhì)

煤炭行業(yè)于“八五”末，確定了推廣“氣腿式鑿巖機與耙斗裝巖機為主的普通機械化作業(yè)線”和“全液壓鉆車與側(cè)卸裝巖機為主的高檔化作業(yè)線”，按國外經(jīng)驗與我國近期煤礦實踐，與氣腿式鑿巖機配套施工的裝巖機不一定是耙斗式；與液壓鉆車配套的裝巖機也不一定是側(cè)卸式。據(jù)筆者實際考察，法國某煤礦使用雙臂液壓鉆車的配套裝巖機是鏟運機；德國某煤礦使用雙臂液壓鉆車的配套裝巖機是側(cè)卸式；波蘭某煤礦使用22kg級氣腿式鑿巖機 （4臺同時作業(yè)），配用了1.2m3斗容的側(cè)卸式裝巖機。開灤礦區(qū)使用全液壓鉆車多采用側(cè)卸式裝巖機，但范各莊煤礦卻使用具有皮帶裝載機構的正鏟、底卸式裝巖機。近年，有煤礦采用挖掘式裝載機與液壓鉆車或氣腿式鑿巖機配套，也取得一定效果?？梢?，體現(xiàn)煤礦巖巷掘進機械化作業(yè)線特征的關鍵，是鑿巖施工采用全液壓鉆車或氣腿式鑿巖機，以“全液壓鉆車作業(yè)線”和“氣腿式鑿巖機作業(yè)線”稱謂上述兩條“作業(yè)線”更為合理。

“氣腿式鑿巖機作業(yè)線”的鑿巖，手工操作勞動強度大、健康安全條件較差，被稱為“普通機械化作業(yè)線”，實質(zhì)上是“半機械化作業(yè)線”?！叭簤恒@車作業(yè)線”液壓鑿巖機能力與鑿巖自動控制水平較高，特別是電液控制與計算機技術的應用，使鉆爆法巖巷掘進的現(xiàn)代技術裝備能與全斷面巖石掘進機相媲美。

鉆裝機組或鉆裝錨機組，是將裝載機械、鑿巖機械（或含錨桿孔鉆進機構）綜合在一臺設備上的所謂 “一體化”產(chǎn)品，機械化程度較高，但實際掘進速度不高，應用效果不理想，還不宜稱其為“高檔機械化”技術裝備。

鑿巖機械和裝巖機械是巖巷掘進機械化作業(yè)線的主要設備，但還應考慮“作業(yè)線”的其它配套問題，包括轉(zhuǎn)載機械、運輸設備、錨桿（索）產(chǎn)品、錨桿（索）支護施工機具 （錨桿鉆機或錨桿鉆車、錨桿拉力計、錨索張拉機具、錨桿測力計等）、噴射混凝土設備等。

（2）“氣腿式鑿巖機作業(yè)線”的前景

“氣腿式鑿巖機作業(yè)線”的形成是煤炭行業(yè)長期實踐的結果，氣腿式鑿巖機操作維修方便、價格低廉，但其半機械化的鑿巖作業(yè)（手工操作、人力挪移設備）鑿孔速度低、作業(yè)噪聲大、占用人員多、效率低、勞動強度大、容易發(fā)生機械人身事故和頂板安全事故。應創(chuàng)造條件，盡量將“氣腿式鑿巖作業(yè)”由“全液壓鉆車作業(yè)線”代替。然而，“氣腿式鑿巖機作業(yè)線”的退出取決于多方面因素。在今后一段時期，不會被完全替代。

①“多臺氣動鑿巖機作業(yè)”曾被列為煤礦快速掘進的“經(jīng)驗[1]”，一個8m2斷面的巷道要配備8～16臺鑿巖機，工作面作業(yè)噪聲高達120～125dB（A），人耳接觸噪聲大大超過噪聲衛(wèi)生標準的規(guī)定。以現(xiàn)有氣腿式鑿巖機噪聲性能并考慮實際鑿巖作業(yè)時間，工作面同時使用的鑿巖機不應超進4臺，巷道斷面8m2以下時，同時使用的鑿巖機不應超過2臺。

②我國大約有30個企業(yè)生產(chǎn)20余種型號氣腿式鑿巖機，普遍存在盲目追求“機重”值、性能參數(shù)不協(xié)調(diào)、忽視噪聲與振動性能、釬具性能不匹配等問題。應盡量減少機重、降低噪聲和機體振動級別；重視全方位考核產(chǎn)品的沖擊能、轉(zhuǎn)矩、耗氣量、噪聲與振動、機重以及操作安全性等，并按嚴格的安全規(guī)程操作，減少人身事故。

③應用“氣腿式鑿巖機作業(yè)線”時，應以側(cè)卸式裝巖機，挖斗式裝載機等與其配套，逐漸淘汰技術落后、生產(chǎn)效率低、安全隱患大的耙斗式裝巖機、并配備適宜的轉(zhuǎn)載運輸設備、鑿巖釬具和錨噴機具等。

④應科學地確定“氣腿式鑿巖機作業(yè)線”的預期掘進速度，擯棄“人海戰(zhàn)術”式“快速”掘進。

（3）新時期煤礦鉆裝機組的發(fā)展前途

鉆裝機組可避免鑿巖和裝載設備間錯車，某些煤礦曾在巖巷使用。但實踐說明，巖巷鉆裝機（鉆裝錨機）組是在一臺設備上完成兩臺或兩臺以上機械的功能，產(chǎn)品很難達到所設想的效果：

①鉆裝機組需完成多功能，設置多機構，很難達到單機的性能。在國外，也難見煤礦巖巷鉆裝機成功應用的實例。

②全液壓鉆車每循環(huán)工作1.5～2.5h，側(cè)卸式裝巖機每循環(huán)工作2～3.5h，有充足的時間連續(xù)維護保養(yǎng)。鉆裝機組在一個掘進循環(huán)內(nèi)要連續(xù)完成鑿巖、裝巖兩個工序，沒有時間對鑿巖和裝載系統(tǒng)進行良好維護，設備事故率高。例如，2000DL型鉆裝機每天曾發(fā)生機械事故90多起，實際掘進速度高不上去。

③煤礦井下巷道空間有限，鉆裝機組的設計必然在一定規(guī)格、一定機重的范圍內(nèi)進行，產(chǎn)品性能受限制。盡管如此，整體機重常常高達25t～30t以上，這與煤礦底板巖層條件差的使用極為相悖。

我們注意到，新時期的鉆裝機組可采用挖掘式裝載機構，比采用耙斗裝載機構結構緊湊、裝載效率高；比采用側(cè)卸式裝載機構占用空間小，易安裝2個液壓鉆臂，加上有了比較成熟的液壓鑿巖機、設計了可靠的液壓控制系統(tǒng)與離機遙控系統(tǒng)等，整體水平超過了上世紀研制、試驗的鉆裝機組。鉆裝機的發(fā)展重點應在掘進速度要求不高、不易采用液壓鉆車的10m2以下的小斷面。若采用單鉆臂結構，可使機構簡化、鉆臂堅固性增強、機重降低、空間尺寸縮小，并提高可靠性與適用性，或許能在某些規(guī)模不大的煤礦取得一些實效。但就整體而言，它不會成為鉆爆法巖巷掘進機械化設備的主流。

（4）“全液壓鉆車作業(yè)線”的前途

長期實踐證明，“全液壓鉆車作業(yè)線”的掘進速度比“氣腿式鑿巖作業(yè)線”高1倍以上；在8m2～30m2斷面的巖巷中，如果配套設備與施工工藝合理，矸石運輸與礦車供應及時，月進尺150m～200m，甚至250m是可能的。在新形勢下，若以“八五”攻關結果為基礎，全液壓鉆車作業(yè)線的設備性能與可靠性能進一步提高的話，便能保證“全液壓鉆車作業(yè)線”實現(xiàn)安全、高效巖巷掘進。

鑒于煤礦巖巷掘進以鉆爆法為主的現(xiàn)實和氣腿式鑿巖機半機械化作業(yè)線的問題，巖巷掘進機械化的根本出路在于不斷發(fā)展全液壓鉆車機械作業(yè)線。

3 全液壓鉆車作業(yè)線發(fā)展的技術關鍵

在新時期，“全液壓鉆車作業(yè)線”仍是煤礦巖巷掘進機械化的發(fā)展方向，但必需在原有基礎上有所提高。

（1）以液壓鑿巖機為核心提高全液壓鉆車的水平

全液壓鉆車決定作業(yè)線的水平，高性能液壓鑿巖機和鑿巖控制系統(tǒng)是保證液壓鉆車高性能的根本。如何選用液壓鑿巖機、如何使液壓鉆車的結構、參數(shù)與液壓鑿巖機性能匹配、如何控制鑿巖系統(tǒng)，是全液壓鉆車發(fā)展的關鍵。

2000年以來，國產(chǎn)液壓鑿巖機的關鍵性能與可靠性出現(xiàn)了滑坡，劣質(zhì)產(chǎn)品常以“低價”混入煤礦，普遍存在鉆車與液壓鑿巖機性能參數(shù)不匹配問題：液壓鑿巖沖擊壓力最高只建立起14MPa，沖擊功率不到16MPa時的75%；轉(zhuǎn)矩低于 250N·m、轉(zhuǎn)速低于 200r/min，鑿孔速度降低15%以上，本來80分鐘左右可完成一個鑿巖循環(huán)，卻要增加到100分鐘以上。液壓鑿巖機側(cè)供水密封、蓄能器隔膜、液壓回轉(zhuǎn)馬達等元件可靠性大大下降，事故率增高。一些全液壓鉆車作業(yè)線的實際月進尺比常規(guī)下降20%，嚴重影響煤礦使用“全液壓鉆車作業(yè)線”的信心。究其原因，一是液壓鑿巖機廠家為降低成本擅自修改技術參數(shù)，供液流量加大；二是液壓鉆車企業(yè)沒正視液壓鑿巖機基本影響因素，機械地延續(xù)了20年前的液壓系統(tǒng)參數(shù)。

參見表6列出的煤礦液壓鑿巖機沖擊、回轉(zhuǎn)性能參數(shù)，若液壓鉆車沖擊供液流量仍按每臺40L/min設計，只有法國液壓鑿巖機能在16MPa以上的沖擊壓力下工作；鑿巖回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的40L/min供液流量，也不可能使液壓鑿巖機達到規(guī)定的轉(zhuǎn)速。如何使液壓鑿巖機與液壓鉆車的液壓系統(tǒng)的參數(shù)匹配的問題，應引起鉆車生產(chǎn)企業(yè)和煤礦使用單位的注意。

表6 HYD類型液壓鑿巖機主要參數(shù)比較

目前理想的國產(chǎn)煤礦用全液壓鉆車，僅使用了液壓鑿巖機14～16MPa壓力的性能，即使將工作壓力調(diào)至19～20MPa，液壓鑿巖機200J沖擊能與對應的低頻率，其沖擊功率也只有5～7kW，不可能大幅提高鑿孔速度。近期進口的德國液壓鉆車，實際使用液壓鑿巖 機 （COP1238、COP1638、COP1138等）的沖擊能低于200J，而沖擊頻率為80～100Hz，沖擊功率達到11kW以上，鑿孔速度比HYD200型提高1倍左右，單臂鉆車性能大大高于國產(chǎn)雙臂鉆車。提高液壓鑿巖機的性能，是提高全液壓鉆車技術能力的關鍵，但基于煤礦井下條件，不應盲目地把液壓鑿巖機沖擊能提高到200J以上。

全液壓鉆車研制時，應將液壓鑿巖機的沖擊、回轉(zhuǎn)、推進和具體巖石條件、所鉆鑿爆破孔與錨桿孔的參數(shù)等，納入一個系統(tǒng)進行研究[12]，科學解決配套釬具的類型與規(guī)格；要充分利用微機控制等現(xiàn)代技術，合理解決防空打、防卡（釬）、自動變換鑿孔參數(shù)（沖擊壓力、回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速、推進力等）[13]等問題，并盡量擯棄目前采用的“機械式”控制方法。

應針對不同斷面、不同巖層變化等，開發(fā)系列化的煤礦用雙臂或單臂掘進鉆車，并將應用液壓鉆車的最小斷面由9m2減小到7m2；設計、開發(fā)適應30m2以上斷面用液壓掘進鉆車；始終重視提高液壓鑿巖機、液壓馬達等部件的可靠性和壽命。

（2）合理選配“全液壓鉆車作業(yè)線”的裝載設備

我國全液壓鉆車作業(yè)線主要采用側(cè)卸式裝巖機與其配套，這與歐洲采煤國家的主要技術方案基本一致。這是因為，側(cè)卸式裝巖機具有以下突出優(yōu)點：

①結構簡單、緊湊，工人操作條件好；

②使用安全，不會像耙斗式裝巖機那樣產(chǎn)生鋼絲繩摩擦火花；

③裝載效率比耙斗式裝巖機高2倍以上且無裝載死角（耙斗式裝巖機有25%的巖石須由人工裝巖完成）；

④具有清底功能（使用耙斗式裝巖機，在工作面20～30m范圍內(nèi)的底板處有0.5～1.0m的底渣，清底工作量大）；

⑤機上的鏟斗可兼作其它工序的工作平臺。

近年，有的煤礦采用了挖掘式裝載機與液壓鉆車配套，可實現(xiàn)連續(xù)裝載、避免裝巖機反復前后運動、減少履帶行走機構故障。但是能否廣泛適應煤礦巖石條件（煤礦巖石磨蝕性大、巖渣塊度尺寸較大、煤礦巷道需用裝巖機清底等），尚需在實踐中進一步考核。

（3）著力解決裝巖配套的轉(zhuǎn)載問題

歐洲煤礦使用液壓鉆車的巖巷掘進工作面，大多采用落地刮板式轉(zhuǎn)載機，接受側(cè)卸式裝巖機或鏟運機裝載的巖石并轉(zhuǎn)載到其后的帶式轉(zhuǎn)載輸送機上，連續(xù)將巖石裝到帶式轉(zhuǎn)載輸送機下儲存的一列礦車中。這一轉(zhuǎn)載配套系統(tǒng)的特點是：

①距離掘進工作面約30～40m以內(nèi)無軌，帶式轉(zhuǎn)載輸送機后面是軌輪式礦車運輸；

②帶式轉(zhuǎn)載輸送機為吊掛皮帶式，不占軌道；

③落地刮板式轉(zhuǎn)載機為三排強力鏈板的刮板輸送機，機頭貼近巷道底板，裝巖機將工作面的巖石裝運到刮板式轉(zhuǎn)載機機頭處，行走距離短，裝載效率高。

我國煤礦巖巷裝巖配套的轉(zhuǎn)載機械還不夠成熟：側(cè)卸式裝巖機直接將巖石裝入礦車的方式，使裝巖機行走距離過長，易使履帶零件過早損壞；耙斗式裝巖機作轉(zhuǎn)載機，使裝巖速度加快并改善了側(cè)卸式裝巖機的作業(yè)條件，但耙斗式裝巖機機尾只能存放一個礦車，影響機械化作業(yè)線效率的發(fā)揮。近年，有的煤礦采用了梭式礦車運輸系統(tǒng)，需要設置專用的轉(zhuǎn)載站。研究“全液壓鉆車作業(yè)線”的轉(zhuǎn)載運輸方式，開發(fā)合理的轉(zhuǎn)載運輸設備，已成為進一步提高全液壓鉆車作業(yè)線技術水平的關鍵。

（4）開發(fā)安全高效的錨桿支護機械化設備

煤礦巖巷掘進的錨桿支護機械化對確保正規(guī)循環(huán)、避免頂板事故有重要作用。應進一步改革掘進施工工藝，開發(fā)便于與掘進鉆車、裝巖機等設備錯車換位的煤礦巖巷用履帶式錨桿鉆車等機械化錨桿支護設備，使煤礦巖巷錨桿支護機械化問題得到根本解決。

上世紀七、八十年代，煤礦曾成功試用巖巷用液壓錨桿鉆車，證明合理安排掘進工藝，采用錨桿鉆車進行錨桿施工可實現(xiàn)快速、安全、高效、質(zhì)優(yōu)。進入21世紀，煤礦液壓鉆孔與鑿巖技術更加進步，巷道斷面加大，人們對確保施工安全、改善操作條件、提高效率等觀念已經(jīng)提升；煤巷用多鉆臂錨桿鉆車已大大發(fā)展，有條件開發(fā)、應用高度機械化的煤礦巖巷液壓錨桿鉆車。

（5）重視煤礦液壓鑿巖釬具的科學性

應注意煤礦巖層節(jié)理發(fā)達、易卡釬、沖擊能不是很高但轉(zhuǎn)矩大、要求壽命長等特定條件，根據(jù)煤礦用液壓鑿巖機的性能選擇配套釬具。應合理處理爆破孔與錨桿孔直徑與孔深相互匹配問題，并科學調(diào)節(jié)液壓鑿巖參數(shù)，在尋求最佳鑿巖速度的同時，獲取釬具的高可靠性。

煤礦巖巷掘進機械化是煤炭能源發(fā)展的需要，更是減少煤礦安全事故、改善掘進工人健康安全作業(yè)條件與作業(yè)環(huán)境的需要。應充分利用現(xiàn)代技術和國內(nèi)外先進經(jīng)驗，科學、有序地開發(fā)、應用煤礦巖巷掘進機械化技術裝備。對于巖石掘進，人們曾探討多種機械破巖方式以及高壓水射流、超高頻電磁波、火力破巖等，但迄今實際有效的是全液壓鑿巖爆破法與全斷面掘進機法。近年有國內(nèi)企業(yè)花費超過千萬元試驗 “一體化”破碎全巖“新方案”，設計了兩個液壓錘加三個液壓鑿巖鉆臂的自動控制破巖機械，因機器龐大而效果不佳，不得不終止了歷時兩年多的產(chǎn)品開發(fā)工作。要繼承和發(fā)揚已有科學成果，采用科學有效的途徑，切實提高煤礦巖巷掘進機械化水平。

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