王帅 WANG Shuai
（中国煤炭科工集团太原研究院，太原 030006）
（CCTEG Taiyuan Research Institute，Taiyuan 030006，China）
摘要： 分析了国内外综掘工作面巷道支护技术及装备的发展概况，介绍了我国目前综掘工作面常用的快速掘进和支护的几种形式，分别指出了制约快速支护的问题所在，为我国煤巷快速支护技术及装备的发展指明方向。
Abstract: The paper analyzed the development situation of mechanized working face roadway supporting technology and equipment at home and abroad, and introduced several forms of fast driving and supporting of mechanized working face in China, and pointed out the problems of fast supporting to clear the development direction of China´s coal roadway supporting technology and equipment.
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关键词 ： 综掘巷道；锚杆支护；锚杆钻机
Key words: mechanized roadway；bolt supporting；roof bolt driller
中图分类号：TD353 文献标识码：A
文章编号：1006-4311（2015）06-0122-02
0 引言
煤炭开采以井工为主，巷道掘进与支护工程量浩大。随着机械化装备在矿井中的使用，井下巷道布置发生了巨大变化。锚杆、锚网联合支护技术的发展有利于煤巷的大量掘进。我国煤巷锚杆支护技术取得了很大发展，但还存在很多问题。比较突出的问题就是支护速度慢，掘进和支护时间比例严重失调，影响成巷速度。
1 综掘巷道支护技术发展概况
1.1 巷道支护形式 巷道支护形式多样，按支护材料可以分为：木支护、钢支护、料石支护和混凝土支护等；按支护方法可分为：砌碹支护、棚式支护、锚杆支护、锚索支护、锚喷支护、锚杆桁架支护及锚、梁、网、桁架等联合支护；按支护的作用又可分为：主动支护和被动支护。随着技术的发展，巷道支护的总体趋势向施工速度快、安全性能好、主动支护方向发展。
1.2 锚杆支护的发展 锚杆支护是通过锚入围岩内的锚杆，锚杆支护属于“主动”支护，使支护体与围岩本身形成统一的能够承受载荷的结构体，可以充分利用围岩的自承能力，提高巷道围岩的稳定性，将载荷体变为承载体。在相同生产地质条件下，锚杆支护的巷道围岩变形量比棚式支护减少一半以上。19世纪末期英国北威尔士露天页岩矿首次应用锚杆加固边坡，1912年德国谢列兹矿最先将锚杆支护技术应用于地下巷道围岩控制。随着锚杆支护技术的改进和提高，锚杆支护理论也不断得到发展和完善，锚杆支护方法便逐渐被广泛应用于水利、交通、矿山等岩土工程领域。锚杆支护以美国、澳大利亚发展最为迅速，到1995年其煤巷的锚杆支护比例已接近100%。
我国煤矿于1956年开始在岩巷中使用锚杆支护，1990年，国有重点煤矿煤巷锚杆支护仅有3%～5%，煤巷支护主要以棚式支护为主。到2005年，国有重点煤矿的煤巷锚杆支护率达到60%，甚至达到了100%，成为煤矿巷道首选的、安全高效的主要支护方式。
2 巷道支护装备
2.1 锚杆钻机分类 锚杆钻机是实现锚杆支护技术的机械设备，随着锚杆支护技术的飞速发展，用于钻凿锚杆孔的锚杆钻机也得到了快速发展，锚杆孔钻进设备以锚杆钻机为主体。锚杆钻机按结构分为单体式、钻车式、机载式；按动力分为电动式、气动式、液压式；按破岩方式分为回转式、冲击式、冲击回转式、回转冲击式。
2.2 国外锚杆钻机的发展 国外锚杆孔钻进设备的品种与功能多样，以气动和液压单体锚杆钻机为主，美国大量使用塔架钻车式锚杆钻机。法国生产的转架式锚杆钻机集钻孔、安装锚杆为一体。芬兰生产具有树脂注射系统的钻车式锚杆机，使钻孔、安装锚杆杆体、注入粘结剂全由机械完成。澳大利亚主要单体气动支腿式锚杆钻机为主，并开发与掘进配套的机载式液压锚杆钻机。为了充分发挥连续采煤机的最大工作效能，澳大利亚约翰芬雷公司研制出的四臂锚杆转载机组，主要用于煤矿短壁多巷掘进后的支护。另外为实现掘进与支护同时作业，澳大利亚研制出掘锚一体机组，如ABM20、ABM25型等。
2.3 国内锚杆钻机的发展 国内锚杆钻机的研制经历了40 多年的历程，曾先后研制机械支腿式电动锚杆钻机、支腿与导轨式液压锚杆钻机、支腿式气动锚杆钻机、机载式锚杆钻机、钻车式锚杆钻机。
①气动式锚杆钻机。石家庄煤矿机械厂生产研发了MQT系列支腿式气动锚杆钻机，其中MQT250C系列产品已代替同类进口产品。主要优点是结构简单、操作方便。缺点是噪音大，工作面气体工作压力偏低时影响锚杆孔钻进的效果。
②液压式锚杆钻机。我国开发研制了MYT、MZ系列多种液压锚杆钻机。液压钻机的特点是噪声小，钻孔速度快特点。但存在自带动力源，移动不方便，且液压系统容易发热。
③电动式锚杆钻机。电动式锚杆钻机以电为动力，不要二次能量转换，目前的电动锚杆机体积和质量较大，输出特性较差，实际钻孔速度较低，使用量呈下降趋势。
④锚杆钻车。近几年山西天地煤机装备有限公司研制的CMM4-25、CMM4-20锚杆钻车现已替代进口，针对单排需打5根锚杆的巷道开发了CMM5-25锚杆钻车。开展多排多臂锚杆钻车研究，研制出CMM8-25锚杆钻车，可一次打两排各四根锚杆。
3 煤巷快速掘进与支护技术发展应用
实现煤巷快速掘进的主要途径是采用机械化掘进、支护技术。目前常用的煤巷掘进和支护技术可分为三种：
3.1 连续采煤机与锚杆钻车交叉换位掘进 这种掘进方式采用连续采煤机割煤、装煤，锚杆钻车钻装锚杆，在神东、万利等地质条件好的矿区有应用。在神东矿区，这种配套掘进、支护方式，平均月进尺可达2000m以上。这种配套技术要求巷道为双巷或多巷矩形断面，如图1所示，且顶板和地板稳定，不能实现单巷掘进，使其推广应用存在一定条件的局限性。
3.2 掘锚一体化的掘锚机组 为了实现煤巷快速高效掘进，适应锚杆技术的快速发展，20世纪90年代采煤发达国家研制了集快速掘进、锚杆支护为一体的掘锚联合机组，将掘进与支护有机地组合起来，在同一设备上完成掘进和支护工艺。锚杆支护在切割后立即进行，甚至可以与切割落煤平行作业。如图2所示。
由于掘锚组整体宽度较大，占据了巷道的整个宽度，锚索施工只能在机组后方进行，锚索施工距离迎头至少15m左右，对于松软易破碎的顶板不适用。目前在国内只有在神东、神宁少数矿区使用，在地质条件复杂的矿区，须进行改进和完善。
3.3 悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配合施工 这种施工工艺是我国煤矿综掘巷道掘进和支护最主要的施工方式，成巷主要包括两个工序：掘进与支护。调查发现在整个成巷过程中掘进时间占30～40%，锚杆支护时间占60～70%。由于掘进与支护分开作业，影响了掘进速度的进一步提高。
4 结语
安全、快速、高效的巷道掘进与支护技术是保证矿井实现高产高效的必要条件，在我国煤矿综掘巷道普遍采用悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配合施工工艺的状况下，实现巷道快速、安全的掘进和支护面临巨大挑战，提高成巷速度的关键是缩短支护时间。今后必须针对性的改进支护设备及其配套施工工艺，提高支护工作效率。
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参考文献：
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