智能示范矿井┃魏东董事长：延长矿业钻锚一体化智能快速掘进创新实践与成效

2025年02月28日 17:36 智能矿山杂志责编：戚金荣作者：智能矿山杂志

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智能示范矿井

“智能示范矿井”栏目重点推送《智能矿山》“智能示范矿井”专栏刊载的论文，邀请全国各矿井分享最新智能化建设成果、亮点与经验，旨在发挥典型智能示范矿井引领作用，促进我国矿山智能化建设高质量发展。截至目前，《智能矿山》杂志已刊载66家矿井智能化建设成果论文115篇。 ➤ 点击订阅

文章来源：《智能矿山》2025年第1期“智能示范矿井”专栏

作者简介：魏东，正高级工程师，博士，国家煤矿智能化专家，现任陕西延长石油矿业有限责任公司党委书记、董事长、总经理，主要从事煤电企业管理、煤矿智能化建设、矿山安全高效开发相关研究工作。E-mail：lichuan@hpu.edu.cn

作者单位：陕西延长石油矿业有限责任公司

引用格式：魏东, 赵一超, 刘渭. 延长矿业钻锚一体化智能快速掘进创新实践与成效[J]. 智能矿山, 2025, 6(1): 71-76.

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陕北侏罗纪煤田未开发煤炭资源占全国的28.98%，条件好、起点高，是我国先进产能释放最具潜力矿区。陕北煤炭基地新建矿井和产能提升对于全国煤炭保供、国家能源安全意义重大。陕西延长石油矿业有限责任公司（简称延长矿业）在陕北拥有210亿t煤炭资源，是国家煤炭开发战略西移“主力军”，“十四五”末产能5 000万t以上，“十五五”末产能将突破1亿t。

陕北煤炭基地整体采煤技术自动化、智能化程度处于世界领先地位。巷道掘进机械化、自动化程度落后于采煤，是制约产能释放的“卡脖子”难题。延长石油榆林可可盖煤业有限公司（简称可可盖煤矿）巷道断面大，围岩裂缝发育且富水，为陕北煤炭基地典型复杂条件巷道。实施巷道快速掘进关键技术与装备研发、快速掘进巷道工程示范对保障陕西乃至全国优势资源、先进产能释放影响重大。

钻锚一体化智能快速掘进的关键技术

在井工煤矿的巷道成巷工序中，支护用人最多（占掘进面用人总数>60%）、用时最长（占成巷总用时约70%）是当前影响煤巷快速成巷的最主要因素。以锚杆快速支护技术为核心，开展煤巷快速掘进关键技术研究与装备研发，实现自动化减人、高产高效安全生产。

针对上述难题，在国家重点研发计划“复杂条件煤矿巷道快速智能掘进关键技术与装备（2023YFC2907600）”的支撑下，延长矿业与天地科技股份有限公司联合攻关，以支护为核心，在可可盖煤矿富水裂缝围岩下创新实践了钻锚一体化锚杆、一键打锚杆，形成了截割、运输、除尘、控制等先进技术与成套装备。研发的煤巷钻锚一体化智能快掘成套技术与装备，实践了掘支锚运分区并行协同快速掘进模式，实现了西部矿区复杂条件下巷道快速掘进工程示范的重要突破，取得7项关键技术突破与创新，可可盖煤矿掘支锚运分区并行协同快速掘进模式与装备如图1所示。

图1 可可盖煤矿掘支锚运分区并行协同快速掘进模式与装备

(1）巷道钻锚一体化支护工艺及技术

全自动钻锚一体化是以锚杆自身作为钻杆反向转动钻进，锚固剂自锚杆中孔注入锚杆与钻孔的环形孔隙进行锚固，正转预紧。将传统的6道施工工序（钻孔、卸钻杆、安装锚固剂、搅拌锚固剂、等待凝固及预紧）简化为1道工序，变革了锚杆支护工艺，提升了锚杆支护速度。

新型灌注式锚杆锚固剂与锚杆相结合，通过中空锚杆进行泵注，将杆体内部、杆体与岩体之间、岩体内部的空隙全部充满并胶结，具有良好的胶结和加固效果，锚固长度为800 mm时，锚固力>200 k N，实现对富水裂缝围岩的锚固，完成围岩有效支护，钻锚一体化锚杆工作原理如图2所示。

图2 钻锚一体化锚杆工作原理

(2）灌注式锚杆锚固剂

研发出可用于锚杆（索）锚固的触变型快速固化灌注式锚杆锚固剂，具有强触变性，通过泵注方式实现顶板两帮快速锚固，突破了传统注浆需要封孔的难题，实现免封孔、不回流，密实充填钻孔保证锚固力。与钻锚一体化锚杆配合，最大程度简化钻注锚固工艺，具备了无人化锚固的材料基础。锚固剂固化时间为25～180 s速度可调，适应各种围岩锚固速度需求。锚固长度为600～1 200 m定量可调，保障富水裂缝条件下高可靠锚固，灌注式锚杆锚固剂如图3所示。

图3 灌注式锚杆锚固剂

(3）新型钻锚一体化锚杆材料及构件研发

新型钻锚一体化金属锚杆材料主要由钻头、中空杆体、调心球垫和多功能螺母等组成。中空杆体的屈服强度439.2 MPa，屈服力187.5 k N，抗拉强度623.2 MPa，抗拉力266.1 k N。打孔时，螺母在钻箱带动下反转，同时带动杆体反转打孔；锚杆锚固后，钻箱带动螺母正向转动，将锚杆拉伸预紧。研制的钻锚一体化锚杆承载力为260 k N，预紧力矩≥300 N·m，具备良好的力学性能，钻锚一体化锚杆屈服强度与抗拉强度曲线如图4所示。

图4 钻锚一体化锚杆屈服强度与抗拉强度曲线

新型高强度钻锚一体化玻璃钢锚杆首次实现了玻璃钢锚杆钻锚一体化施工，满足可可盖煤矿井下回采侧煤帮高效支护需求；钻锚一体化玻璃钢锚杆在极限承载转矩为>360 N·m、抗拉强度为400 k N，锚杆强度较传统玻璃钢锚杆有明显提升；单根锚杆作业时间<3 min，钻锚一体化玻璃钢锚杆及指标参数如图5所示。

图5 钻锚一体化玻璃钢锚杆

(4）钻锚一体化快速支护装备

钻锚一体化多功能钻箱具备多个流体通道，集驱动钻孔、预紧、泵注锚固剂功能于一体。最大转速为575 r/min，失速转矩为560 N·m，满足钻孔、预紧需求。

钻锚一体化自动支护钻架采用大行程全滑柱式结构设计、有效提高锚杆作业过程中的稳定性和使用寿命。钻架主要由支撑机构、推进机构和夹钳机构组成。工作时，支撑机构伸出支撑至围岩表面，与钻架基座共同作用稳定钻架。推进机构推进行程为2.6 m，采用大行程全滑柱式结构，有效提高了锚杆作业过程的稳定性和使用寿命。通过特别研制的大刚度导轨油缸直推夹钳结构，保证了锚杆开孔过程中的扶正和定位作用，确保了锚杆施工作业中的稳定性。

钻锚一体化泵注系统可实现A、B双组份锚固剂精准等体积泵送。注浆泵系统采用行程可调式结构设计，可根据现场工况实现锚杆锚固长度调整，实现锚固长度为900～1 600 mm可调，保证了钻锚一体化锚杆在富水裂缝围岩中的快速支护和高锚固力。

(5）钻锚一体化“一键打锚杆”控制系统

钻锚一体化锚杆控制系统是实现锚杆自动化施工的核心。现有的锚杆施工装备控制系统仅能实现锚杆手动施工和状态显示，无法实现钻孔、锚固、预紧等锚杆施工全流程自动化。钻锚一体化锚杆控制系统首次实现了掘进生产过程中自动打锚杆的常态化运行，自动打锚杆成功率>95%，大幅降低了锚杆工人的劳动强度，大行程全滑柱式钻锚一体化钻架如图6所示，钻锚一体化锚固剂泵注系统（注浆泵+独立式料箱）如图7所示，“一键打锚杆”智能控制系统界面如图8所示。

图6 大行程全滑柱式钻锚一体化钻架

图7 钻锚一体化锚固剂泵注系统（注浆泵+独立式料箱）

图8“一键打锚杆”智能控制系统界面

(6) 560 k W大功率掘锚一体机

针对可可盖煤矿巷道掘进过程中局部半煤岩截割的需求，研制出560 k W大功率掘锚一体机，截割功率全行业首次由340 k W提高至560 k W。针对全宽横轴式滚筒截割破岩，升级齿座截齿以及截割滚筒，提升了掘锚一体机截割岩石效率，临时支护支撑力由400 k N提升至800 k N。针对岩石顶板中锚杆安装钻进，研发出适用于f=8岩层的高效钻进锚杆钻头，提升了西部矿区岩石顶板下巷道锚杆安装效率。800 k N级临时支护掘锚一体机结构、掘锚一体机新型截齿分别如图9、图10所示。

图9 800 k N级临时支护掘锚一体机结构

图10 掘锚一体机新型截齿

(7）钻锚一体化智能快掘成套装备

以钻锚一体化锚杆、“一键打锚杆”技术为核心，研制出集截割、运输、除尘、控制等先进技术于一体的煤巷钻锚一体化智能快掘成套装备，实践了掘支锚运分区并行协同快速掘进模式。

钻锚一体化智能快速掘进的集成示范

钻锚一体化智能快掘成套装备在可可盖煤矿进行了工业性试验，设备下井前调试场景如图11所示，突破了以钻锚一体化锚杆与灌注式锚固剂为核心的快速钻锚、高可靠锚固，破解了裂缝围岩钻孔裂缝、钻孔积水条件下的支护慢、锚不住等制约巷道快速掘进的难题。在可可盖煤矿复杂条件巷道运行钻锚一体化成套快掘装备2套，掘进巷道共计12 600 m，常态化月进尺约800 m，最高月进尺931 m。在延长石油巴拉素煤业有限公司运行钻锚一体化成套快掘装备1套，已掘进巷道约2 400 m，可可盖煤矿钻锚一体化智能快掘成套装备井下安装场景如图12所示。