煤礦巖巷安全高效掘進(jìn)技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展研究

王文杰

摘要：煤炭在我國(guó)的能源體系中占據(jù)重要地位，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展煤炭的需求越來(lái)越大，這對(duì)煤炭的開(kāi)采技術(shù)提出新的要求。但是在保證產(chǎn)量的背后面臨的是我們的掘進(jìn)技術(shù)發(fā)展緩慢，掘進(jìn)進(jìn)尺不能保證市場(chǎng)需求。目前，煤礦巖巷掘進(jìn)技術(shù)主要有兩種一是機(jī)械化程度較高的掘進(jìn)機(jī)，另一種是鉆眼爆破法進(jìn)行掘進(jìn)。筆者所在的福建煤電公司翠屏山煤礦，具有南方煤礦典型的特點(diǎn)，因此掘進(jìn)機(jī)不適合本煤礦掘進(jìn)。反而是性價(jià)比較高的鉆眼爆破法非常適合筆者所在煤礦的實(shí)際情況。接下來(lái)，筆者就結(jié)合本煤礦的實(shí)際情況，闡述煤礦巖巷安全高效掘進(jìn)技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展研究，希望能夠給讀者帶去一些啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：煤礦；巖巷；安全高效掘進(jìn)；現(xiàn)狀

引言

為了滿足日益增長(zhǎng)的民眾和國(guó)家發(fā)展對(duì)能源的需求，煤炭的開(kāi)采量正逐步加大。為了保證開(kāi)采過(guò)程中的效率和施工的安全性，就要著重對(duì)開(kāi)采的技術(shù)進(jìn)行不斷的提高和改善。當(dāng)前階段，我國(guó)的煤炭開(kāi)采技術(shù)和裝備經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展已經(jīng)取得了一定成就。在掘進(jìn)技術(shù)和設(shè)備方面，雖然我國(guó)目前的煤炭產(chǎn)值不夠高，但依靠相對(duì)完善的煤礦巖巷掘進(jìn)技術(shù)體系，依然能夠獲得不錯(cuò)的開(kāi)采效率。但在現(xiàn)實(shí)情況中，煤礦中仍然存在著不合理利用開(kāi)采技術(shù)的問(wèn)題。這嚴(yán)重威脅了煤礦開(kāi)采和掘進(jìn)過(guò)程中的安全性和施工效率。為了避免落后的煤礦掘進(jìn)技術(shù)和陳舊的掘進(jìn)裝備給生產(chǎn)過(guò)程帶來(lái)安全隱患，需要對(duì)于這些問(wèn)題集中的分析并給出相應(yīng)的解決辦法，確保煤礦開(kāi)采的安全與效率。改變傳統(tǒng)的煤礦開(kāi)采方式，促進(jìn)煤礦掘進(jìn)技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

1煤礦巖巷安全高效掘進(jìn)技術(shù)概述

1.1巖巷掘進(jìn)技術(shù)的種類劃分

從傳統(tǒng)意義上來(lái)說(shuō)，根據(jù)礦井中煤礦掘進(jìn)的方式，可將巖巷的掘進(jìn)技術(shù)分為三個(gè)種類。第一種是煤巷掘進(jìn)，在這一過(guò)程中，主要是通過(guò)煤礦進(jìn)行回采而控制煤層的支撐能力，防止因?yàn)槊簩拥慕Y(jié)構(gòu)能力過(guò)弱而導(dǎo)致支撐力不足，從而造成煤炭的坍塌和各類生產(chǎn)安全事故。在目前的煤礦掘進(jìn)技術(shù)中，使用煤巷掘進(jìn)的占比是幾種方法中最高的，也是最常見(jiàn)的。其次是巖巷的掘進(jìn)技術(shù)，其根本目的是為了避免傳統(tǒng)煤炭回采的安全性問(wèn)題，為煤礦的開(kāi)采過(guò)程提供更加豐富的空間和安全性。最后一種是混合式掘進(jìn)技術(shù)，這種方式是多種煤礦掘進(jìn)技術(shù)的組合使用方式，它的掘進(jìn)過(guò)程相對(duì)比較復(fù)雜。不能像傳統(tǒng)的巖巷掘進(jìn)技術(shù)施工中，只考慮巖巷的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，也不能為了獲得更高的煤礦開(kāi)采效率而進(jìn)行大量的煤礦回采。需要在混合掘進(jìn)的過(guò)程中，時(shí)刻注意將煤炭和巖層進(jìn)行分離，保證煤礦開(kāi)采的質(zhì)量。

1.2巖巷掘進(jìn)方法的分類

關(guān)于巖巷掘進(jìn)的方法分類，同樣也有三種。首先是綜合機(jī)械式的掘進(jìn)方式，顧名思義，這種掘進(jìn)的技術(shù)，主要依靠大型的機(jī)械設(shè)備在煤礦內(nèi)部進(jìn)行高效率的掘進(jìn)施工，其操作成本較大，通常只適用于我國(guó)一些大型煤礦的集中開(kāi)采當(dāng)中。其次是掘錨式的掘進(jìn)方式，在掘進(jìn)過(guò)程中使用稍微簡(jiǎn)化的懸臂式掘進(jìn)機(jī)對(duì)煤礦的巷道進(jìn)行掘進(jìn)，并且在推進(jìn)過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行著大量的掘進(jìn)支護(hù)操作，保證煤礦巷道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。最后是連續(xù)型的一體化流水線掘進(jìn)方式，這種方式通過(guò)大量的機(jī)械裝置和人工的協(xié)同配合，不斷完成交叉換位施工。使用連續(xù)采煤機(jī)在巷道內(nèi)持續(xù)的掘進(jìn)，施工人員需要不斷的交換崗位，以流水線的方式完成巖巷的掘進(jìn)工作。

2煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的一些要點(diǎn)及其管理措施

2.1煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)

對(duì)于煤礦開(kāi)采來(lái)講，應(yīng)用非常普遍的就是煤礦巷道的錨桿支護(hù)技術(shù)，這是實(shí)現(xiàn)煤礦產(chǎn)量大大提升非常關(guān)鍵的一個(gè)要素。錨桿支護(hù)重點(diǎn)是有效地控制錨固區(qū)變形的裂縫以及圍巖的離層，在進(jìn)行支護(hù)施工的時(shí)候，應(yīng)盡可能地確保錨固區(qū)的圍巖受到相應(yīng)的壓力，進(jìn)而使拉伸圍巖的程度最大程度地降低，從而使圍巖受到破壞或者是變形的情況大大地減少。針對(duì)支護(hù)質(zhì)量而言，錨桿支護(hù)系統(tǒng)的剛度非常重要，而施工的時(shí)候會(huì)受到固定預(yù)應(yīng)力的決定性影響作用，其需要根據(jù)煤礦巷道圍巖的現(xiàn)狀來(lái)固定預(yù)應(yīng)力，這樣做的目的是為了確保圍巖在高預(yù)應(yīng)力的基礎(chǔ)上具備比較高的強(qiáng)度。對(duì)于錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，需要選擇預(yù)應(yīng)力較高的強(qiáng)力錨桿來(lái)執(zhí)行支護(hù)策略，從而保障進(jìn)行支護(hù)的時(shí)候很好地消除或者是消減圍巖應(yīng)力破壞、圍巖變形的現(xiàn)象。制約支護(hù)效果的另外一個(gè)關(guān)鍵性要素是擴(kuò)散錨桿預(yù)應(yīng)力，因?yàn)橐桓^桿具備的預(yù)應(yīng)力比較小，所以應(yīng)當(dāng)認(rèn)真地選擇和確定涉及到的金屬網(wǎng)、托板、鋼帶等支護(hù)體系結(jié)構(gòu)，應(yīng)有效地統(tǒng)一鋼帶、托板、金屬網(wǎng)等結(jié)構(gòu)，結(jié)合其他構(gòu)件確保更遠(yuǎn)地?cái)U(kuò)散錨桿預(yù)應(yīng)力。鑒于此，在預(yù)應(yīng)力支護(hù)系統(tǒng)中，這一系列的金屬構(gòu)件不可或缺。除此之外，對(duì)于錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，不但對(duì)錨固范圍圍巖滑動(dòng)變形的現(xiàn)狀進(jìn)行有效的控制，而且需要以此作為前提條件，結(jié)合錨桿具備的加固作用的發(fā)揮，從而確保圍巖巖體具備完善與可靠的結(jié)構(gòu)。

2.2炮孔直徑

要想提高爆破掘進(jìn)進(jìn)尺首先必須要對(duì)炮孔的直徑進(jìn)行優(yōu)化，在優(yōu)化過(guò)程中施工人員要先對(duì)煤礦巖體結(jié)構(gòu)和巖層分布做一個(gè)詳細(xì)了解和分析，根據(jù)巖體的實(shí)際情況確定合理的炮孔直徑。理論上炮孔的直徑增加有利于炮藥卷的直徑，提高爆破的穩(wěn)定性和安全性，提升爆破質(zhì)量和速度。但是，如果炮眼直徑過(guò)長(zhǎng)，會(huì)對(duì)炮孔的分布和數(shù)量造成一定的影響，間接影響到爆破質(zhì)量，降低掘進(jìn)速度。因此，在對(duì)炮孔直徑優(yōu)化的過(guò)程中，需要保證藥卷直徑前提下，科學(xué)合理的減小炮孔直徑，最大程度上降低不耦合系數(shù)。從而提高爆破質(zhì)量，提高掘進(jìn)進(jìn)尺。但是從另一個(gè)方面來(lái)看，如果炮孔的直徑過(guò)小，在鉆眼的過(guò)程中會(huì)在鉆眼中遺留巖渣，直接會(huì)影響到裝藥量，對(duì)掘進(jìn)工作也會(huì)產(chǎn)生影響。因此，為了保證掘進(jìn)工作的順利進(jìn)行，通常情況下保證炮孔直徑在32-45mm之間最好，同時(shí)根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)鉆頭直徑每減小1mm，鉆機(jī)鉆速會(huì)提高3%，掘進(jìn)速度也會(huì)大大增進(jìn)。

2.3重型煤礦巷道掘進(jìn)機(jī)

重型的煤礦巷道掘進(jìn)機(jī)對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)一直是一個(gè)困境般的存在，從過(guò)去的單純引進(jìn)，到引進(jìn)后的詳細(xì)研究和實(shí)踐探索，再到現(xiàn)階段的自主創(chuàng)新，我國(guó)在煤炭開(kāi)采巷道掘進(jìn)方面的大型機(jī)械研發(fā)程度已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。這也是綜掘法實(shí)踐取得的有效成果之一。當(dāng)前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的EBJ-120tp型巷道掘進(jìn)機(jī)已經(jīng)具備完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并且能夠在煤礦的巷道掘進(jìn)中充分的發(fā)揮其安全、穩(wěn)定的性能。在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，重型的煤礦巷道掘進(jìn)設(shè)備一直是我國(guó)煤礦掘進(jìn)技術(shù)發(fā)展的主要限制因素。而伴隨多年來(lái)我國(guó)科技實(shí)力的快速發(fā)展，現(xiàn)在的機(jī)械自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用在煤礦巷道掘進(jìn)當(dāng)中。大型掘進(jìn)設(shè)備的零部件制造和核心技術(shù)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，使其使用壽命和使用效率都得到了一定保證。

結(jié)語(yǔ)

為了獲得更加高效的煤礦開(kāi)采效率和更好的煤礦資源質(zhì)量，對(duì)于煤礦企業(yè)在煤礦開(kāi)采過(guò)程中所使用的掘進(jìn)技術(shù)，要有針對(duì)性的進(jìn)行加強(qiáng)和優(yōu)化，努力構(gòu)建完善的煤礦掘進(jìn)和支護(hù)體系。由于煤礦開(kāi)采的工作量會(huì)直接影響到煤礦掘進(jìn)的工作強(qiáng)度，為了有效保證掘進(jìn)技術(shù)和工作量之間的平衡，需要煤礦企業(yè)格外關(guān)注這兩點(diǎn)之間存在的矛盾，建立平衡的質(zhì)量、效率間的關(guān)系。對(duì)于煤礦巷道掘進(jìn)技術(shù)，不斷進(jìn)行探索和研究，加大創(chuàng)新力度，使煤炭開(kāi)采掘進(jìn)技術(shù)時(shí)刻保持足夠的先進(jìn)行，使其在實(shí)際的開(kāi)采作業(yè)當(dāng)中發(fā)揮出優(yōu)秀的專業(yè)技能水平，并通過(guò)其他一些高性能的切割技術(shù)和相關(guān)切割設(shè)備的提高和研發(fā)，多方面的保障煤礦巷道掘進(jìn)技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：冀中能源峰峰集團(tuán)大淑村礦開(kāi)拓區(qū)）