1、专题部分大断面煤巷快速掘进工艺配套及支护参数优化 摘要:随着我国现代化矿井不断发展，使得巷道断面尺寸不断加大，大断面巷道的增加更增加了巷道的支护难度。大断面煤巷快速掘进主要是通过对影响快速掘进的因素进行综合分析，找到关键影响因子，在保证安全高效掘进的前提下寻求解决办法。介绍了中国煤巷掘进装备即掘进机组、连续采煤机组、掘锚机组、全液压钻车机组的组成及性能，分析了这几种装备的适用条件和技术特点。最后对煤巷快速掘进支护关键因素方面进行讨论。关键字：大断面； 快速掘进； 机械设备； 巷道支护 ；设计优化Large-section coal roadway fast driving technology
2、 and support parameter optimizationAbstract: With the continuous development of modern mine, making the size of the roadmorelarger, the increasing of a large section of road adds to the difficulty of support -ing road.Big section coal lane fast dug the factors of fast dug found key effects factor. T
3、he and quality were looked for. The paper introduced composition and performance of tunneling equipments of coal drift in China，namely roadheader unit，continuous miner unit，digging-bolt unit and full-hydraulic jumbo unit，and analyzed applicable conditions and technology characteristics of the equipm
4、ents. Finally on the key factors of coal roadway fast driving support discussions.Key word: Large cross section ； rapid excavation ； mechanical equipment ； roadway suport ； design optimization1绪论 我国煤炭资源较为丰富，随着国家的经济建设，煤炭资源的消耗量和生产量在全国一次能源中的比例占70%左右，煤炭工业对我国国民经济发展的发展做出了不可磨灭的贡献。由于我国现行能源的基本特征是煤炭储量多，油气储量少，
5、所以煤炭工业的地位在当下的能源产业结构中很长一段时间不会改变 在矿井中，根据巷道所处位置的地质条件进行对于井下巷道进行支护设计，寻求最佳的支护方案，通常情况下由于巷道埋在结构相对比较复杂的岩层之下，各种不利的自然条件使得巷道围岩条件不尽相同，尤其是大断面全煤巷道极易出现顶板松散易碎、巷道邻近风氧化带等恶劣地质条件，这些不利的因素导致巷道围岩强度被削弱易破碎、顶板围岩松动范围大，顶板出现严重下沉，如果完全依赖工程类比法不能完全有效的控制顶板围岩保持稳定，巷道支护比较困难，极易出现顶板大面积垮落，造成安全事故，且影响生产进度。大断面全煤巷道条件下的巷道围岩控制问题已经对煤矿巷道的安全生产与使用造成
6、了很大的困扰。 针对大断面全煤巷道，如何运用正确的设计支护参数和形式，如何运用已有的知识对现有问题进行分析和处理对于大断面全煤巷道安全快速掘进起着决定性的影响，同时这也是国内外的专家学者一直在努力进行研究探索的方向。目前，我国的煤巷掘进技术己发展的越来越成熟，但是相对于一些其他国家还有一定的差距，在很多方面比如掘进机械、掘进工艺、掘进速度、煤巷技术管理等还存在很大的发展空间。尤其是当前煤采需求越来越大，煤巷掘进要紧跟煤采的步伐，煤矿开采深度不断增加、难度不断加大，煤巷遇到打大断面、过断层带时有发生等等，这给快速掘进技术带来了更大的挑战，可见我国在煤巷快速掘进技术领域还有很长的一段路要走。2国内
7、外研究现状2.1煤巷快速掘进设备现状目前，中国煤巷掘进装备己经实现了掘、装、运机械化，主要有掘进机组、连续采煤机组、掘锚机组、全液压钻车机组4种类型。（1）掘进机组掘进机组由悬臂式掘进机、转载机、可伸缩带式输送机、单体锚杆钻机、通风设备及供电系统等组成。作业方式为掘进机割煤1刀(或23刀)装煤后关机，挂前探梁，单体锚杆钻机作业，掘进和支护工作交叉进行。掘进机组的关键设备是悬臂式掘进机叫，其性能决定掘进效率，部分悬臂式掘进机主要性能参数见 表2-1表2-1部分悬臂式掘进机主要性能参数型号最大掘进高度/m最大掘进宽度/m经济截割岩石单轴抗压强度/MPa总功率/kW截割功率/ kWEBZ100Z4.
8、635.360163100S1004.635.380327100EBZ120CJ4.205.860186120EBZ150A4.805.470236150S150J4.805.080216150EBZ1504.805.080230150EBZ160CJ4.605.580261160S200M5.106.560301200（2）连采机组连续采煤机组由连续采煤机、锚杆钻机、运输系统、通风系统、供电系统等组成。连续采煤机组掘进支护采用交叉换位方式平行作业，连续采煤机在运输巷道掘进的同时，锚杆钻机在回风巷道进行锚杆支护作业，当连续采煤机完成1个掘进循环时，与锚杆钻机交换位置。运输巷道和回风巷道之间通过
9、联络巷调动机器和完成运输任务。连续采煤机组运输方式有2种:间断式运输方式，配置包括连续采煤机、运煤车(梭车)、给料破碎机、锚杆钻机、铲车及带式输送机。连续式运输方式，配置包括连续采煤机、锚杆钻机、连续运输系统、带式输送机。连续采煤机组的关键设备是连续采煤机，其性能决定掘进效率。中国煤矿使用的连续采煤机大多为进口设备，目前神华集团使用的主要为JOY连续采煤机，该采煤机主要性能参数见 表2-2表2-2 JOY连续采煤机主要性能参数参数型号14CM09-11E14CM15-11B12CM15-10B12CM15-10D12CM15-10D12CM27-11D截割高度/m1.503.101.083.0
10、01.553.682.604.602.104.602.415.00生产能力/(t/min)102810281527152715271732适应倾角范围/（）纵向：17横向：5纵向：17横向：5纵向：17横向：5纵向：17横向：5纵向：17横向：5纵向：17横向：5总功率/kw609590553553621750电压/V114011401140114011403300（3）掘锚机组掘锚机组由掘锚机、运输系统、通风系统、供电系统等组成，采用的是掘进割煤和锚支护平行作业方式。掘锚机组运输方式有3种:梭车+给料破碎机+带式输送机后配套系统;带式转载机+带式输送机后配套系统;行走式破碎转载机+带式转载机
11、+带式输送机后配套系统。 掘锚机组的关键设备是掘锚机，掘锚机将切割、装运、行走、锚杆支护、机载除尘等功能集于一体，是连续采煤机和锚杆钻机的有机结合。中国引进的掘锚机主要有ABM20型、MB670型、JOY12CM15型等，目前神华集团使用的主要为ABM20型、MB670型掘锚机，这2种掘锚机主要性能参数见 表2-3表2-3 ABM20型、MB670型掘锚机主要性能参数参数型号ABM20掘锚机MB670掘锚机采高范围/m截割：2.84.5支护：2.83.8截割：2.74.6支护：2.73.8生产能力/(t/min)20装载：25截割：8.521.0总功率/kw510510对地压力/kPa230（
12、4）全液压钻车机组全液压钻车机组是以钻爆法为主的全液压钻车配侧卸装岩机岩石巷道机械化作业线。中国大断面岩石巷道快速高效机械化综合配套作业线以CMJ 17履带式全液压钻车配ZC.- 3履带式侧卸装岩机为代表。全液压钻车机组因矿井运输及地质条件的不同有以下几种配套形式:胶轮车运输矿井，底板较硬或硬化的岩石巷道:钻车一侧卸车(装载机)一移动研石仓一胶轮车;钻车一扒渣机一移动研石仓一胶轮车。胶轮车运输矿井，底板较软的长距离岩石巷道:钻车一扒渣机一带式输送机一胶轮车;钻车一扒渣机一带式输送机一移动研石仓一胶轮车。胶轮车运输矿井，底板较软的短距离岩石巷道:钻车一侧卸车(装载机)一胶轮车;钻车一侧卸车(装载
13、机)一移动研石仓一胶轮车。轨道运输矿井，长距离大断面岩石巷道:钻车一扒渣机一移动研石仓一矿车;钻车一扒渣机一带式输送机一移动研石仓一矿车轨道运输矿井，长距离小断面岩石巷道:钻车一侧卸车(装载机)一移动研石仓一矿车。轨道运输矿井，短距离大断面岩石巷道:钻车一扒渣机一矿车;钻车一扒渣机一移动研石仓一矿车;钻车一侧卸车(装载机)一矿车;钻车一侧卸车(装载机)一移动研石仓一矿车。轨道运输矿井，短距离小断面岩石巷道:钻车一侧卸车(装载机)一矿车;钻车一侧卸车(装载机)一移动研石仓一矿车。神华集团使用的全液压钻车机组主要应用在车场、边界辅运巷、水平轨道巷、集中运输巷等坡度较小的岩石巷道 表2-4表2-4神
14、华集团使用的全液压钻车机组主要技术参数设备名称型号主要技术参数全液压掘进钻车CMJ17/27外形尺寸(长X宽X高):7 200 mm X1 100 mmX1650mm/8000mmX1200 mmX1 800 mm; 钻孔直径:2755 mm; 钻孔深度:2 130/2530 mm;适应断面17.5/27. 6;装机容量:45KW扒渣机ZWY-120/180装载能力120/180 m/h;挖掘宽度3 600/5 900 mm;挖掘高度2 500/3 650 mm;挖取距离1 750/2 300 mm;卸载高度1 850/2 700 mm;挖掘深度600/900 mm;爬坡能力25;电动机功率：55/78 kW;行走速度：0.30.4m/s2.2煤巷快速掘进工艺研究现状2.2.1掘进切割工艺a设计思路及依据消化吸收国外掘锚机和连续采煤机切割部传动结构、安装形式的优点，采取突破性的思维转变，设计研制切割电动机、切割和电动机减速器的安装机架，以及横轴式滚筒与减速器布置方式等。采用双级锥齿轮、双级行星齿轮传动、减速箱两端动力输出再合并的设计，施工工艺与实际工况紧密结合。利用Solid Edg。三维设计软件进行左右切割减速器、双电机安装方式的结构优化分析。b主要结构及工作原理 切割机构(图1)由连接支撑架、电
