煤巷高效快速掘進(jìn)技術(shù)優(yōu)化思路探索

丁騰騰

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司唐安煤礦分公司，山西 晉城 048400）

就目前我國(guó)的煤礦生產(chǎn)狀態(tài)展開分析，發(fā)現(xiàn)很多的煤礦開采生產(chǎn)中，問題比較嚴(yán)重，比如采掘比例失調(diào)、接替銜接不穩(wěn)定等，導(dǎo)致煤礦開采受到較大的影響，開采效率和質(zhì)量根本無法有效的提升。很多研究學(xué)者綜合分析，分析巷道掘進(jìn)的相關(guān)影響因素，優(yōu)化掘進(jìn)作業(yè)工藝，并且已經(jīng)將很多先進(jìn)的成果應(yīng)用到實(shí)際中，促進(jìn)煤礦開采效果的提升。有研究學(xué)者通過使用因子分析法以獲取某煤礦的大段面煤夯快速掘進(jìn)的4個(gè)影響因子，綜合考慮到各個(gè)方面的要素，做出優(yōu)化和改進(jìn)，提高掘進(jìn)的水平。還有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，巷道掘進(jìn)中，確定科學(xué)合理的空頂距離，方法和效果比較差，實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值比較高。而有專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)當(dāng)前的煤礦掘進(jìn)的狀態(tài)，進(jìn)行多向聚能高效破巖關(guān)鍵技術(shù)、支護(hù)系數(shù)以及作業(yè)制度優(yōu)化的相關(guān)技術(shù)等，提高掘進(jìn)作業(yè)的效果。通過研究，各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)和技術(shù)有效的控制，提升巷道掘進(jìn)作業(yè)的速度，促進(jìn)巷道掘進(jìn)效果和質(zhì)量的全面提升，滿足當(dāng)前煤礦巷道掘進(jìn)的要求。在煤巷掘進(jìn)作業(yè)環(huán)節(jié)，為了可以全面地提高掘進(jìn)的質(zhì)量和效果，給相似的煤礦掘進(jìn)提供幫助與支持，分析研究目前的掘進(jìn)狀況，總結(jié)出優(yōu)化措施，對(duì)煤礦領(lǐng)域發(fā)展產(chǎn)生重要的影響[1]。

1 工程概況

某煤礦在掘進(jìn)的環(huán)節(jié)，選擇其中一段作為試驗(yàn)段進(jìn)行分析，輔運(yùn)順槽，而該巷道是煤巷的形式，煤層有2-2 煤，主要的組成成分是瀝青光澤的半亮煤，厚度在4.0～4.6m左右。煤層結(jié)構(gòu)的上覆層厚度在90～130m之間，土層結(jié)構(gòu)厚度在40～100m 之間。同時(shí)在內(nèi)部分布著多種地質(zhì)條件，比如細(xì)粒砂巖、中粒砂巖，厚度在4.76～23.45m。

2 原支護(hù)方式

在本次的煤巷開采中，原支護(hù)方式為膠運(yùn)順槽支護(hù)的形式，主要的支撐結(jié)構(gòu)是頂錨—頂板應(yīng)用錨網(wǎng)支護(hù)的結(jié)構(gòu)，并使用單軌吊錨桿的方式，錨索以及錨桿的強(qiáng)度性能合格，尺寸與規(guī)格滿足內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)的使用標(biāo)準(zhǔn)要求。同時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)的煤巷中合理的分布錨桿，排布方式以及間隔距離完全可以達(dá)到正常的運(yùn)行效果。

3 工藝流程

在本次的支護(hù)施工中，具體的施工工藝流程如下所示：先進(jìn)行工作面膠運(yùn)順槽的設(shè)置，同時(shí)再進(jìn)行輔運(yùn)順槽的作業(yè)，該方式通過應(yīng)用雙巷掘進(jìn)的施工方法。連采機(jī)割煤、運(yùn)輸、破碎機(jī)轉(zhuǎn)載、支護(hù)頂板等工序嚴(yán)格控制，割煤與支護(hù)采取交替進(jìn)行的方式。在本次施工中，具體的施工工序可見圖1。

圖1 總體施工工序

在二次拉底的作業(yè)中，首先是進(jìn)行工作面膠運(yùn)順槽，然后進(jìn)行輔運(yùn)順槽一次掘進(jìn)80m的深度，并且逐步地延伸皮帶前，從正頭開始進(jìn)行施工作業(yè)，分段實(shí)施二次拉底作業(yè)，進(jìn)而可以達(dá)到巷道斷面的設(shè)計(jì)要求，技術(shù)參數(shù)和性能合格。在二次拉底的階段，后一次延長(zhǎng)皮帶75m 長(zhǎng)度，可以優(yōu)選的組織開展后一階段的掘進(jìn)作業(yè)，提高系統(tǒng)運(yùn)行效果和質(zhì)量[2]。

4 煤巷掘進(jìn)速度影響因素

4.1 原工藝工時(shí)統(tǒng)計(jì)

要想使得整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的煤巷掘進(jìn)作業(yè)速度加快，將掘進(jìn)作業(yè)的周期控制在合理的范圍內(nèi)，減少現(xiàn)場(chǎng)不利因素的干擾和影響，技術(shù)人員綜合分析，最終進(jìn)行原工藝的調(diào)整，以割煤8m，支護(hù)8排作為一個(gè)統(tǒng)一的單元實(shí)施膠運(yùn)巷與輔運(yùn)巷的重要工序時(shí)長(zhǎng)延長(zhǎng)，從而可以確保作業(yè)順利的完成。經(jīng)過上述流程分析發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)中，最為主要的幾個(gè)工序就是割運(yùn)煤、調(diào)機(jī)、頂板支護(hù)等。在頂板支護(hù)的環(huán)節(jié)，組織人員開展現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，比如鉆孔、放藥卷、安裝錨桿等，人員的專業(yè)技術(shù)水平比較高，掌握熟練的操作技術(shù)，縮短項(xiàng)目作業(yè)的工期。同時(shí)，做好現(xiàn)場(chǎng)記錄工作，對(duì)于每名工作人員的情況都有所掌握，以便于合理地分配作業(yè)人員，將現(xiàn)場(chǎng)施工控制在合理的范圍內(nèi)，確保施工效果合格。對(duì)于本次工作來說，各工序時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)可見表1。

4.2 原工藝問題分析

技術(shù)方面:①目前的錨桿支護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用效果良好，將頂板變形控制在合理的范圍內(nèi)，但是因?yàn)樵诂F(xiàn)場(chǎng)安裝的頂板支護(hù)錨桿的數(shù)量非常多，密度比較大，加上現(xiàn)場(chǎng)的施工環(huán)境比較復(fù)雜，工藝方案難度較大，所以現(xiàn)場(chǎng)人員應(yīng)該反復(fù)進(jìn)行調(diào)機(jī)支護(hù)處理，工作時(shí)間消耗的比較大。②礦井現(xiàn)場(chǎng)的南部主運(yùn)輸系統(tǒng)的煤倉(cāng)出現(xiàn)停運(yùn)的情況，所以現(xiàn)場(chǎng)的連采機(jī)也就不能開啟運(yùn)行，造成割煤的時(shí)間比較長(zhǎng)。③現(xiàn)場(chǎng)施工中地質(zhì)條件調(diào)查不夠深入，空頂距離的研究還存在很多的問題，且空頂?shù)木嚯x比較大，導(dǎo)致設(shè)備來回調(diào)的時(shí)間較長(zhǎng)。④井下空間有限，設(shè)備存儲(chǔ)的能力不足，一旦出現(xiàn)故障問題，煤無法運(yùn)輸，周期延長(zhǎng)[3]。

人員組織方面:①人員的專業(yè)技術(shù)水平相差較大，沒有積極參與到培訓(xùn)學(xué)習(xí)中，熟練工與新手的時(shí)間差異很大；②交接班停機(jī)時(shí)間很長(zhǎng)，對(duì)于生產(chǎn)班作業(yè)時(shí)沒有把割煤和支護(hù)分別設(shè)置，造成前一個(gè)生產(chǎn)班不能給后一個(gè)生產(chǎn)班提供幫助，早班不生產(chǎn)的情況較為嚴(yán)重，時(shí)間浪費(fèi)比較多。

5 煤巷快速掘進(jìn)優(yōu)化對(duì)策

5.1 支護(hù)優(yōu)化

為了解決上文中提出的錨桿支護(hù)密度大、數(shù)量多、效率低等問題，要做出頂板結(jié)構(gòu)支護(hù)的優(yōu)化與改進(jìn)。經(jīng)過分析連續(xù)梁理論參數(shù)，確定具體的預(yù)應(yīng)力錨桿頂板支護(hù)的形式，選擇厚度符合設(shè)計(jì)需要的錨固巖梁的結(jié)構(gòu)，從而可以緩解變形、避免離層、防止失穩(wěn)等，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)雙向聯(lián)動(dòng)和控制，有效地實(shí)現(xiàn)層間控制。通過增大梁厚的方式，提高結(jié)構(gòu)的抗彎性能，減小抗采動(dòng)力，最終得出圖2的力學(xué)簡(jiǎn)圖。

圖2 “連續(xù)梁理論”力學(xué)簡(jiǎn)圖

經(jīng)過上述分析，研究圖形變形，最終提出如下的優(yōu)化方案：通過使用合理的方式減小支護(hù)錨桿的密度，調(diào)整錨桿的形式，從原先的6 根改變?yōu)? 根，并且將錨桿的形式做出調(diào)整，即從原先的圓鋼錨桿調(diào)整為左旋無縱筋螺紋鋼錨桿。這種優(yōu)化改進(jìn)的方式，錨固的方式有了很大的改變，從端頭錨固逐步地調(diào)整為半長(zhǎng)錨固的方式，錨桿長(zhǎng)度也從350mm 增加到950mm。通過采取措施調(diào)整錨桿排距數(shù)據(jù)，其從1m 增加到1.2m；頂板網(wǎng)片的型號(hào)也盡量地保持統(tǒng)一，不需要選擇多種規(guī)格，其寬度設(shè)計(jì)為錨桿間距+300mm，長(zhǎng)度為巷道寬度的1/2+150mm。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作面配套的具體情況，做出技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化和改進(jìn)，提高網(wǎng)片規(guī)格，減少錨桿數(shù)量，工藝得到簡(jiǎn)化，現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)量也會(huì)減少，不會(huì)存在反復(fù)調(diào)機(jī)的情況，從而實(shí)現(xiàn)支護(hù)性能的提高，也能大大提升作業(yè)效率，綜合利用價(jià)值較高[4]。

5.2 其它優(yōu)化

進(jìn)行膠帶機(jī)的提速改造，對(duì)本次的煤膠帶機(jī)展開提速改進(jìn)作業(yè)，防止南翼主輸送系統(tǒng)給停機(jī)造成嚴(yán)重的影響，可以全面地提高開機(jī)的效率。最大空頂距離也要做出調(diào)整，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，掌握到煤層頂板地質(zhì)條件信息，分析相鄰工作面的回采環(huán)節(jié)超前礦壓以及順槽頂板垮落的問題，把最大空頂距離從原先的8m 增加到12m，單次循環(huán)進(jìn)尺的作業(yè)量做出調(diào)整。順槽橫貫的改造應(yīng)該在距離工作面的正頭200m 的位置上做出改變，并且在現(xiàn)場(chǎng)合適的位置上設(shè)置設(shè)備與材料的補(bǔ)給站，避免設(shè)備出現(xiàn)問題而影響掘進(jìn)作業(yè)。制度管理的優(yōu)化也極為重要，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作的需要做出制度的改進(jìn)與完善，加強(qiáng)人員培訓(xùn)，提高工作熟練度；嚴(yán)格落實(shí)班組內(nèi)部管理工作，縮短交接班的時(shí)間，提高掘進(jìn)效率；班組長(zhǎng)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)展開時(shí)間的核算，促進(jìn)生產(chǎn)效率以及開機(jī)率的提高。早班組織相應(yīng)的生產(chǎn)任務(wù)措施，發(fā)布相應(yīng)的考核指標(biāo)與管理措施，促進(jìn)生產(chǎn)效率的提升，產(chǎn)生較高經(jīng)濟(jì)效益[5]。

6 快速掘進(jìn)優(yōu)化效果分析

6.1 優(yōu)化后工時(shí)統(tǒng)計(jì)

工時(shí)統(tǒng)計(jì)：為了能夠更好地優(yōu)化掘進(jìn)工作效率，對(duì)于優(yōu)化處理完成后的工序統(tǒng)計(jì)，可見表2。在優(yōu)化開始之前，現(xiàn)場(chǎng)是采用一次割煤8m、支護(hù)8 排的方式，而在優(yōu)化完成后調(diào)整為一次割煤12m、支護(hù)12 排的方式。對(duì)于上述數(shù)據(jù)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化前后的平均時(shí)間都做出了改變，具體可見圖3 所示。分析圖內(nèi)的變化情況，兩種方式用時(shí)都出現(xiàn)了降低的情況，而膠運(yùn)順槽的工時(shí)縮短的比較明顯，總體應(yīng)用效果較好。

表2 膠運(yùn)巷工序時(shí)長(zhǎng)

圖3 輔運(yùn)順槽工序優(yōu)化前后時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)

6.2 膠運(yùn)順槽工序優(yōu)化前后時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)

在進(jìn)行方案優(yōu)化之后，工作面膠、輔運(yùn)順槽的掘進(jìn)作業(yè)從單日35m 增加到50～60m，這樣計(jì)算之下，月掘進(jìn)的深度從900m增加到1500m以上，已經(jīng)完全可以達(dá)到掘進(jìn)高效的要求，縮短項(xiàng)目工期。分析工時(shí)數(shù)據(jù)信息，發(fā)現(xiàn)通過快速掘進(jìn)方式應(yīng)用之后，使得塔礦內(nèi)的3個(gè)工作面已經(jīng)成功掘進(jìn)9500m，并且各方面的參數(shù)改善都比較明顯，作業(yè)效率得到了根本性的提升。

7 結(jié)論

（1）頂板支護(hù)、割煤和調(diào)機(jī)是目前煤巷掘進(jìn)的主要環(huán)節(jié)，對(duì)于正常的運(yùn)行產(chǎn)生直接的影響，所以優(yōu)化改進(jìn)應(yīng)從這些方面出發(fā)進(jìn)行。在確保支護(hù)強(qiáng)度合格的基礎(chǔ)之下，減少頂板錨桿的支護(hù)作業(yè)數(shù)量，改進(jìn)錨固方式，合理地增加錨固長(zhǎng)度、排距等參數(shù)，支護(hù)作業(yè)的效率大幅提升，可以達(dá)到20%以上，并且支護(hù)的密度也有了很大的降低，使得頂板支護(hù)環(huán)節(jié)作業(yè)時(shí)間有效地降低，促進(jìn)總體利用率的提升。

（2）高效快速掘進(jìn)作業(yè)工藝的復(fù)雜性較高，對(duì)于工作人員的專業(yè)技術(shù)要求很高，同時(shí)還能避免各種不利因素或者條件的影響，使得地質(zhì)條件、支護(hù)參數(shù)、裝配配套、考核機(jī)制、勞動(dòng)人員組織等方面做出合理的改進(jìn)，達(dá)到系統(tǒng)連續(xù)掘進(jìn)的效果，優(yōu)化和改進(jìn)掘進(jìn)水平，成為更加先進(jìn)的掘進(jìn)作業(yè)體系。

（3）經(jīng)過工藝優(yōu)化改進(jìn)之后，月單進(jìn)水平從900m增加到1500m以上，效率提升的幅度非常大，符合快速掘進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)要求，系統(tǒng)運(yùn)行更加的穩(wěn)定、可靠，實(shí)現(xiàn)綜合效益的提升。