煤礦井下巷道快速掘進(jìn)技術(shù)分析

陳艷明

摘 要：隨著煤礦井下綜采作業(yè)裝備自動(dòng)化水平的持續(xù)提升，目前，煤礦井下生產(chǎn)中最為突出的問題已經(jīng)逐漸偏向于綜采效率提升與掘進(jìn)技術(shù)水平不高之間的矛盾。因此，本文詳細(xì)分析煤礦井下巷道掘進(jìn)技術(shù)面臨的問題，并提出多種方法來優(yōu)化掘進(jìn)技術(shù)，以促進(jìn)井下巷道掘進(jìn)效率的提升，同時(shí)保證掘進(jìn)的安全性。

關(guān)鍵詞：煤礦;巷道;快速掘進(jìn)

中圖分類號：TD263文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）09-0082-03

Abstract： With the continuous improvement of the automation level of fully mechanized mining operation equipment in underground coal mines， the most prominent problem in underground coal mine production has gradually been biased towards the contradiction between the improvement of fully mechanized mining efficiency and the low level of tunneling technology. Therefore， this paper analyzed in detail the problems faced by the tunneling technology in coal mines， and proposed a variety of methods to optimize the tunneling technology to promote the efficiency of tunneling and ensure the safety of tunneling.

Keywords： coal mine;roadway;rapid advance

隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，煤礦井下巷道快速掘進(jìn)技術(shù)出現(xiàn)，而巷道斷面智能成型技術(shù)與掘進(jìn)機(jī)位置自動(dòng)監(jiān)測與糾偏技術(shù)可以促進(jìn)掘進(jìn)機(jī)實(shí)現(xiàn)巷道自動(dòng)成型作業(yè)。從目前煤礦井下技術(shù)實(shí)際應(yīng)用來看，合理使用煤礦井下巷道快速掘進(jìn)技術(shù)可以有效提升整體技術(shù)水平，提高一次成型率和掘進(jìn)效率，這樣就能滿足井下采掘平衡需求，保障綜采作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性。

1 快速掘進(jìn)技術(shù)構(gòu)架

在綜采作業(yè)中，掘進(jìn)機(jī)工藝流程主要包含姿態(tài)調(diào)整、巷道斷面截割、掏槽定位、刷幫掃底和收煤等環(huán)節(jié)。其中，掘進(jìn)作業(yè)效率與斷面成型質(zhì)量會受到掘進(jìn)機(jī)姿態(tài)調(diào)整精度和巷道斷面截割方式的影響。當(dāng)前，人們需要合理使用各種先進(jìn)技術(shù)的，進(jìn)一步提升巷道掘進(jìn)作業(yè)的效率與穩(wěn)定性[1-3]。

2 巷道快速掘進(jìn)的制約因素

為了提高煤礦井下巷道快速掘進(jìn)技術(shù)的使用效果，人們需要明確巷道快速掘進(jìn)的制約因素。

2.1 地質(zhì)構(gòu)造條件

一般來說，煤礦生產(chǎn)很容易受到地質(zhì)構(gòu)造的影響。影響煤礦巷道掘進(jìn)的首要因素就是生產(chǎn)區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造，其中容易存在斷層、褶皺等，不僅會讓煤炭開采變得更加復(fù)雜，還會嚴(yán)重影響煤礦巷道的掘進(jìn)速度。對于煤礦工作面而言，褶皺構(gòu)造、煤巖硬度、瓦斯量和涌水量等因素都會直接影響巷道掘進(jìn)速度。

2.2 施工工藝水平

在煤礦開采過程中，實(shí)際開采速率會受到施工工藝的影響。目前，煤炭企業(yè)大都選擇使用大斷面U型棚支護(hù)或者復(fù)合支護(hù)等工藝。很多傳統(tǒng)支護(hù)工藝擁有較大的支護(hù)強(qiáng)度，并且支護(hù)巷道斷面大，不僅可以滿足行人與通風(fēng)的需求，也能滿足掘進(jìn)設(shè)備安裝和煤炭運(yùn)輸?shù)男枨?。但是，傳統(tǒng)支護(hù)工藝存在部分缺點(diǎn)，若施工經(jīng)驗(yàn)不足或技術(shù)應(yīng)用不到位，會影響巷道的掘進(jìn)速度。

2.3 掘進(jìn)設(shè)備性能

社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使得煤礦巷道掘進(jìn)設(shè)備技術(shù)水平持續(xù)提升，但是相比發(fā)達(dá)國家的掘進(jìn)設(shè)備，國內(nèi)掘進(jìn)設(shè)備的整體工藝水平相對落后，信息化、機(jī)械化、自動(dòng)化程度都跟不上發(fā)達(dá)國家。尤其是對于部分重要的元器件，我國還沒有真正掌握核心技術(shù)，導(dǎo)致相同產(chǎn)品的生產(chǎn)存在較大的差距。例如，雖然煤炭的裝卸與運(yùn)輸機(jī)械化水平已經(jīng)明顯提高，但是噴漿、打眼等方面的機(jī)械化水平依舊偏低，有時(shí)甚至需要采用人工方式[4]。

3 煤礦井下巷道快速掘進(jìn)技術(shù)分析

基于影響煤礦井下巷道快速掘進(jìn)的因素分析，人們需要采用合理的技術(shù)措施，有效滿足煤礦井下巷道快速掘進(jìn)的需求。下面以某煤礦2506底抽巷為例，分析煤礦井下巷道快速掘進(jìn)技術(shù)的選擇。

3.1 優(yōu)化掘進(jìn)設(shè)備與配套設(shè)備

3.1.1 挖掘裝載機(jī)+二運(yùn)皮帶+可伸縮膠帶輸送機(jī)+溜矸眼作業(yè)線。該方案（下稱方案1）主要由挖掘裝載機(jī)、二運(yùn)皮帶、可伸縮膠帶輸送機(jī)和溜矸眼組成，它在我國煤礦巷道掘進(jìn)過程中有較為廣泛的應(yīng)用。設(shè)備布置情況如下：挖掘裝載機(jī)后面緊接著膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)，其與可伸縮膠帶輸送機(jī)搭接，工作面爆破后的矸石通過挖掘式裝載機(jī)裝運(yùn)到二運(yùn)皮帶，然后轉(zhuǎn)運(yùn)到伸縮皮帶，經(jīng)伸縮皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)到溜矸眼。

方案1可實(shí)現(xiàn)矸石連續(xù)運(yùn)輸，利用溜矸眼緩沖，減少矸石轉(zhuǎn)運(yùn)停歇時(shí)間，能充分反映挖掘裝載機(jī)的生產(chǎn)效率，裝載、運(yùn)輸生產(chǎn)能力大，掘進(jìn)速度快。由于膠帶延長速度快，這套方案能利用膠帶延長時(shí)間進(jìn)行永久支架安設(shè)，有效地利用掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間，提高實(shí)巷單頭單進(jìn)的掘進(jìn)水平。方案1的主要缺點(diǎn)在于鉆爆作業(yè)需要人工使用風(fēng)鉆打眼。

3.1.2 挖掘裝載機(jī)+梭車作業(yè)線。該方案（下稱方案2）由挖掘裝載機(jī)、梭式礦車和牽引電機(jī)車等部分組成。原煤通過挖掘裝載機(jī)、膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)卸載于梭車內(nèi)，然后通過牽引電機(jī)車?yán)列遁d地點(diǎn)卸載。

方案2工序銜接比較靈活，適用于不同彎角變化的巷道，梭車可以按實(shí)際需要進(jìn)行穿插和搭接，把工作效能提高到最大。但是，方案2不能連續(xù)裝載，只適用于裝卸地點(diǎn)較近、運(yùn)輸距離較短的條件。

3.1.3 掘進(jìn)機(jī)+二運(yùn)皮帶+可伸縮膠帶輸送機(jī)+溜矸眼作業(yè)線。該方案（下稱方案3）主要由掘進(jìn)機(jī)、二運(yùn)皮帶、可伸縮膠帶輸送機(jī)與溜矸眼組成。設(shè)備布置情況如下：掘進(jìn)機(jī)后面緊接著膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)，后者與可伸縮膠帶輸送機(jī)搭接，破下的矸石裝上轉(zhuǎn)載機(jī)，卸在膠帶輸送機(jī)上運(yùn)出。

方案3可以實(shí)現(xiàn)矸石連續(xù)運(yùn)輸，利用溜矸眼緩沖，減少矸石轉(zhuǎn)運(yùn)停歇時(shí)間，同時(shí)充分反映掘進(jìn)機(jī)的生產(chǎn)效率，裝載、運(yùn)輸生產(chǎn)能力大，掘進(jìn)速度快。因?yàn)槟z帶延長速度快，該方案能利用膠帶延長時(shí)間進(jìn)行永久支架安設(shè)，有效地利用掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間。但是，方案3投資比較大，對巷道巖石硬度要求高，如遇巖石硬度超過10的巖石，掘進(jìn)機(jī)切割慢，浪費(fèi)截齒。另外，掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)期間產(chǎn)生大量粉塵，若防塵設(shè)施不好，則會對人體造成傷害。

3.1.4 配套方案選取。針對上述三種方案，筆者結(jié)合實(shí)際案例加以分析。當(dāng)巷道使用挖掘裝載機(jī)+皮帶運(yùn)輸+溜矸眼作業(yè)線進(jìn)行施工時(shí)，方案1更適合采用。其間采用中深孔爆破，掘進(jìn)進(jìn)尺有了保障，聯(lián)合機(jī)械化出矸作業(yè)線能夠保證工作面處的不間斷性。在同等條件下，工作效能將發(fā)揮到最好。在巷道坡度變化大和雙巷掘進(jìn)時(shí)，方案2比較適合。方案3在巖層比較穩(wěn)定的巷道內(nèi)比較實(shí)用。

根據(jù)2506底抽巷的現(xiàn)有地質(zhì)條件分析，很明顯，方案2和方案3不適用于該巷道掘進(jìn)。該巷道為單巷掘進(jìn)且巷道傾角為9°～11°，巷道坡度變化小，該運(yùn)輸巷的總掘進(jìn)長度為1 170 m，掘進(jìn)長度遠(yuǎn)大于800 m，地質(zhì)方面，工作面有多處過斷層和探巷，地質(zhì)條件復(fù)雜，綜合分析方案1和方案3來看，方案1的工作效能發(fā)揮最好。因此，配套裝備優(yōu)化最終選擇方案1：挖掘裝載機(jī)+二運(yùn)皮帶+可伸縮膠帶輸送機(jī)+溜矸眼作業(yè)線。

3.2 利用智能掘進(jìn)技術(shù)

傳統(tǒng)的煤礦井下掘進(jìn)主要利用人工掘進(jìn)方式進(jìn)行控制，在進(jìn)行截割作業(yè)時(shí)利用井下掘進(jìn)作業(yè)環(huán)境與人工操作經(jīng)驗(yàn)，基于蛇形截割路徑來加以處理，但是經(jīng)常會出現(xiàn)偏移問題，影響成型質(zhì)量。反復(fù)的截割修正會對井下巷道掘進(jìn)作業(yè)效率和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，所以按照長時(shí)間的井下截割作業(yè)經(jīng)驗(yàn)來分析，提出一種回字形截割方案。在使用本方案的過程中，路徑規(guī)則要滿足采煤機(jī)的智能化截割主業(yè)處理要求，避免反復(fù)修正，提升一次成型質(zhì)量。具體的規(guī)劃路徑如圖1所示，按照不同要求，截割作業(yè)又包含了正回和逆回兩種方案[5-6]。

在實(shí)際的操作中，為了匹配路徑規(guī)劃方案，掘進(jìn)機(jī)主要通過記憶截割來規(guī)劃方案。掘進(jìn)作業(yè)環(huán)節(jié)，首先要掃清浮煤，然后才能進(jìn)刀，等完全切入巖壁后，就要停止進(jìn)刀，截割臂會從一端開始，一直朝另一端開展掏槽作業(yè)，之后開展垂直截割處理，按照設(shè)定好的回字形截割路徑來開展煤礦巷道的掘進(jìn)處理，最終達(dá)成巷道的一次成型。這種掘進(jìn)方式的優(yōu)勢在于巷道外側(cè)直接切入，在截割巷道內(nèi)側(cè)截面時(shí)要求進(jìn)行慢速截割，以保障巷道截面的質(zhì)量;成型后就可以開展高速截割，確保巷道截面成型質(zhì)量，盡可能提升巷道掘進(jìn)效率;要按照實(shí)際應(yīng)用需求選擇智能掘進(jìn)方案，滿足巷道截面一次截割成型的需求，并且提升工作效率。

4 煤礦井下快速掘進(jìn)技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

在充分掌握各項(xiàng)快速掘進(jìn)技術(shù)后，人們需要準(zhǔn)確分析快速掘進(jìn)技術(shù)的未來發(fā)展趨勢，這樣才能真正迎合煤礦井下快速掘進(jìn)的生產(chǎn)要求，以此來提升煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效益。

4.1 掘錨一體化技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段，煤礦生產(chǎn)企業(yè)十分重視掘進(jìn)技術(shù)的實(shí)際生產(chǎn)效率。所以，未來需要注重掘錨一體化技術(shù)的應(yīng)用，這對于井下快速掘進(jìn)有著重要的推動(dòng)作用。相對于其他掘進(jìn)技術(shù)，掘錨一體化技術(shù)擁有諸多優(yōu)勢。第一，其實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，同時(shí)能夠滿足掘進(jìn)生產(chǎn)效率的要求，進(jìn)而達(dá)到明顯的巷道成型效果。第二，這種技術(shù)在生產(chǎn)環(huán)境相對惡劣的單巷與雙巷掘進(jìn)中能夠得到廣泛的應(yīng)用。第三，掘錨一體化技術(shù)的使用能夠?qū)崿F(xiàn)錨桿支護(hù)效果的進(jìn)一步提升，同時(shí)能夠優(yōu)化現(xiàn)有生產(chǎn)環(huán)境，以降低作業(yè)強(qiáng)度。

因?yàn)橛辛松鲜鰞?yōu)勢，所以掘錨一體化技術(shù)得到廣泛使用。錨桿鉆機(jī)與連續(xù)采煤機(jī)二者相互配合，不僅可以實(shí)現(xiàn)錨護(hù)作業(yè)與掘進(jìn)作業(yè)的統(tǒng)一，也能實(shí)現(xiàn)掘錨機(jī)組的相對滑動(dòng)。在開展煤礦井下作業(yè)時(shí)，這樣還能夠提升截割設(shè)備與運(yùn)輸設(shè)備的實(shí)際能力，最終減少井下作業(yè)中錨桿鉆機(jī)的分布數(shù)量。在我國，不同煤礦的區(qū)域地質(zhì)條件存在較大的差異，所以人們要考慮掘錨一體化技術(shù)的應(yīng)用，這樣就能夠更好地面對各種環(huán)境缺陷，從而研究地質(zhì)條件，進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)工藝。

4.2 大斷面多巷掘進(jìn)工作中挖掘機(jī)技術(shù)的推廣應(yīng)用

隨著時(shí)代的發(fā)展，越來越多的煤礦企業(yè)開始接觸大斷面掘進(jìn)工作。為了將工作順利實(shí)施下去，人們可以合理使用連續(xù)采煤機(jī)，這樣不僅可以全面提升掘進(jìn)作業(yè)效率，也能夠降低實(shí)際生產(chǎn)成本，最終實(shí)現(xiàn)采掘一體化目標(biāo)。

5 結(jié)語

為了更好地滿足煤礦井下巷道快速掘進(jìn)技術(shù)的要求，本文提出了一種全新的支護(hù)方案。影響煤礦井下綜采作業(yè)效率的因素主要有三，即地質(zhì)構(gòu)造、施工工藝與施工設(shè)備。在煤礦井下巷道快速掘進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用過程中，人們要做好快速掘進(jìn)技術(shù)比較分析，有效提升井下巷道快速掘進(jìn)效率和一次成型率，保證煤礦井下巷道掘進(jìn)的一致性，推動(dòng)煤礦井下巷道快速掘進(jìn)技術(shù)的有效應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王曉明.巖巷快速掘進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].機(jī)械管理開發(fā)，2020（12）：175-176.

[2]楊伎鴻.半煤巖巷道快速掘進(jìn)施工技術(shù)探析[J].能源與節(jié)能，2020（12）：119-120.

[3]丁永成.高效快速掘進(jìn)系統(tǒng)現(xiàn)狀及支護(hù)設(shè)備發(fā)展[J].煤炭工程，2020（12）：168-171.

[4]杜國凱.半煤巖巷道快速掘進(jìn)技術(shù)研究[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2020（23）：154-156.

[5]楊志強(qiáng).提高巖巷掘進(jìn)效率的措施[J].機(jī)械管理開發(fā)，2020（11）：183-184.

[6]丁繼國.礦山巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)分析[J].當(dāng)代化工研究，2020（22）：27-28.