淺析煤礦綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)

劉嵩，徐楠楠

（山東華新建筑工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，山東 泰安 271219）

現(xiàn)階段，全球能源需求持續(xù)增長，煤炭作為主要的能源來源之一，其開采和利用的重要性也日漸凸顯。在煤炭開采過程中，應(yīng)用機(jī)械化設(shè)備在巷道快速掘進(jìn)是提高煤炭產(chǎn)量的關(guān)鍵。綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)以其高效率、安全性和可持續(xù)性優(yōu)勢，已經(jīng)成為現(xiàn)代煤礦開采的重要支柱。

1 綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)概述

隨著煤礦開采工作的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的人工開采方式已經(jīng)無法滿足快速、高效的需求，在科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展下，逐漸將煤礦綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于煤礦開采工作中，是一種高效、高進(jìn)度的巷道掘進(jìn)技術(shù)，通過將掘進(jìn)、裝載、運(yùn)輸、支護(hù)等環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化組合，實(shí)現(xiàn)高效、安全、快速地煤礦開采。該技術(shù)主要運(yùn)用在采煤工作面，通過采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架等設(shè)備的配合，有效提高煤礦的開采速度和效率，減少人力投入，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境，提高礦山的安全性，而且通過機(jī)械化設(shè)備的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)、自動(dòng)化的煤礦開采，提高開采效率，減少生產(chǎn)成本。

2 煤礦綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)要點(diǎn)

綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用將帶來煤礦開采效率的提升和勞動(dòng)條件的改善。然而，其應(yīng)用也面臨一些挑戰(zhàn)，如設(shè)備維護(hù)和故障處理等問題，需要科學(xué)合理地解決。通過不斷地技術(shù)創(chuàng)新和完善，綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)將在煤礦開采中發(fā)揮更大的作用，以下具體分析煤礦綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)要點(diǎn)。

2.1 掘進(jìn)機(jī)的應(yīng)用

掘進(jìn)機(jī)是一種專門用于地下煤礦掘進(jìn)作業(yè)的機(jī)械設(shè)備，能夠在煤礦工作面上用機(jī)械化方式快速、連續(xù)地進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)，以實(shí)現(xiàn)高效地煤礦開采。在應(yīng)用掘進(jìn)機(jī)的過程中，需要考慮以下幾個(gè)因素：（1）地質(zhì)條件。煤礦地地質(zhì)條件對掘進(jìn)機(jī)的選擇有重要影響。例如，巖層的硬度、傾角、裂隙等因素會(huì)影響掘進(jìn)機(jī)的工作效率和性能要求，根據(jù)不同的地質(zhì)條件，可以選擇適合的掘進(jìn)機(jī)類型，如液壓掘進(jìn)機(jī)、電動(dòng)掘進(jìn)機(jī)等。（2）煤礦開采要求。不同煤礦的開采要求也會(huì)影響掘進(jìn)機(jī)的選擇，開采要求包括開采速度、掘進(jìn)進(jìn)度、掘進(jìn)距離等，根據(jù)開采要求，可以選擇具有相應(yīng)性能的掘進(jìn)機(jī)，以滿足煤礦開采的需要。（3）設(shè)備性能。掘進(jìn)機(jī)的性能也是選擇的重要因素，掘進(jìn)機(jī)的功率、掘進(jìn)速度、轉(zhuǎn)向靈活性、安全性能等都會(huì)影響掘進(jìn)機(jī)的性能。

2.2 液壓鉆機(jī)的使用

液壓鉆機(jī)是一種使用液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的鉆孔設(shè)備，廣泛應(yīng)用于煤礦綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)中。液壓鉆機(jī)具有自動(dòng)化控制功能，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位、自動(dòng)進(jìn)給、自動(dòng)回轉(zhuǎn)等操作，操作人員只需簡單設(shè)置參數(shù)，機(jī)器就可以按照設(shè)定的路徑和速度進(jìn)行鉆孔作業(yè)，減少人工操作的煩瑣程度，提高工作效率。同時(shí)，液壓鉆機(jī)具有較高的鉆孔精度和穩(wěn)定性，可以實(shí)現(xiàn)精確的孔位控制和孔徑控制，而且鉆孔孔徑一致、孔壁光滑，可以提高爆破效果，減少煤矸石的產(chǎn)生。此外，液壓鉆機(jī)能夠適應(yīng)不同地質(zhì)條件和工作環(huán)境，可以應(yīng)用于不同類型的煤礦開采，根據(jù)具體情況，選擇不同規(guī)格和型號(hào)的液壓鉆機(jī)，以滿足不同的掘進(jìn)需求。

2.3 自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用

自動(dòng)化系統(tǒng)在煤礦的掘進(jìn)作業(yè)中發(fā)揮著重要作用，通過使用計(jì)算機(jī)、傳感器、執(zhí)行器和控制器等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化控制和監(jiān)測。（1）自動(dòng)化系統(tǒng)可以對掘進(jìn)機(jī)、液壓鉆機(jī)等設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制，通過預(yù)設(shè)參數(shù)和程序，控制設(shè)備的運(yùn)行速度、傾角、進(jìn)給量等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)精確的掘進(jìn)操作，不僅能提高作業(yè)的精度和效率，還能減少人為因素對掘進(jìn)作業(yè)的影響。（2）自動(dòng)化系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備的工作狀態(tài)和性能指標(biāo)，通過傳感器采集設(shè)備的振動(dòng)、溫度、壓力等數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障和異常情況，并進(jìn)行預(yù)警和報(bào)警。同時(shí)，系統(tǒng)還能夠記錄和存儲(chǔ)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，為后續(xù)的故障診斷和性能分析提供依據(jù)。（3）自動(dòng)化系統(tǒng)可以對設(shè)備進(jìn)行故障診斷和維護(hù)管理，通過分析設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障信息，系統(tǒng)能夠判斷設(shè)備是否存在故障，并提供相應(yīng)的維修建議，以及時(shí)修復(fù)設(shè)備故障減少停機(jī)時(shí)間，提高設(shè)備的可靠性和可用性。（4）自動(dòng)化系統(tǒng)可以監(jiān)控煤礦作業(yè)環(huán)境的安全性，通過安裝監(jiān)控?cái)z像頭和傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測煤礦的通風(fēng)、氣體濃度、溫度等參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)防事故隱患，并對作業(yè)人員的行為進(jìn)行監(jiān)控和記錄，確保作業(yè)符合安全規(guī)范。

2.4 人員培訓(xùn)和安全管理

在煤礦綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用中，人員培訓(xùn)和安全管理是非常重要的環(huán)節(jié)。為了保證煤礦綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)的安全和高效運(yùn)行，需要對操作人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，培訓(xùn)內(nèi)容包括了解設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理、操作規(guī)程和操作技巧、應(yīng)急處理等，并通過理論課程和實(shí)際操作相結(jié)合的方式進(jìn)行，確保操作人員具備熟練的技能和安全意識(shí)。安全教育是煤礦作業(yè)中不可或缺的一部分，操作人員需要了解煤礦作業(yè)中存在的各種危險(xiǎn)因素，如瓦斯爆炸、頂板塌落等，學(xué)習(xí)相應(yīng)的安全規(guī)定和操作程序，并開展緊急情況下的自救和互救技能培訓(xùn)，培養(yǎng)操作人員適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對突發(fā)事件的能力。煤礦綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用要求建立完善的安全管理體系，包括安全管理制度和操作規(guī)程，建立安全生產(chǎn)責(zé)任制，加強(qiáng)設(shè)備的定期檢修和維護(hù)，確保設(shè)備的正常運(yùn)行，也要建立健全的事故應(yīng)急預(yù)案和救援機(jī)制，提高應(yīng)急處理能力。此外，為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決安全隱患，需要進(jìn)行安全監(jiān)測和評(píng)估，通過安全監(jiān)測系統(tǒng)對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、瓦斯?jié)舛取㈨敯宸€(wěn)定性等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，及時(shí)預(yù)警和采取相應(yīng)措施，而且要定期進(jìn)行安全評(píng)估，對煤礦作業(yè)中的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別和評(píng)估，及時(shí)調(diào)整和完善安全管理措施。

3 案例分析

3.1 案例概況

某礦井位于甘肅省境內(nèi)，當(dāng)前開采煤層為侏羅統(tǒng)延安組軟巖煤系地層，主要成分為泥質(zhì)砂巖、粉砂巖，應(yīng)用綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)于1309 工作面，在回風(fēng)巷開口平掘進(jìn)見煤之后，沿著煤層頂板方向掘進(jìn)，從而使1309 工作面形成完整的生產(chǎn)系統(tǒng)，保證采煤區(qū)域可正常接續(xù)，在1309 工作面回采過程中，巷道主要是用于輔助運(yùn)輸、回風(fēng)和管線敷設(shè)，掘進(jìn)工作進(jìn)程為1095m。如圖1 所示為1309工作面巷道位置圖，地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為簡單，整體上為單斜構(gòu)造，在區(qū)域內(nèi)呈水平分布，在掘進(jìn)過程中可能會(huì)遇到中小型斷層，對煤層完整性造成影響，易出現(xiàn)安全事故。

圖1 1309 工作面巷道分布

3.2 掘進(jìn)工作面設(shè)備和技術(shù)

（1）設(shè)備。在1309 回風(fēng)巷應(yīng)用懸臂式掘進(jìn)機(jī)和單體錨桿鉆機(jī)組合作業(yè)，懸臂式掘進(jìn)機(jī)先將綜合掘進(jìn)機(jī)械截割頭調(diào)節(jié)到巷道中下部，從中下部進(jìn)刀，實(shí)現(xiàn)煤體破、裝等程序后，由工作面煤通過綜合掘進(jìn)機(jī)械二運(yùn)轉(zhuǎn)載機(jī)配合SGB620/40T 型刮板機(jī)、DTL80/40-55 型55kW 型電滾筒膠帶輸送機(jī)將煤裝載到溜煤眼，由工作人員利用錨桿鉆機(jī)等設(shè)備施工作業(yè)完整支護(hù)工序。其中懸臂式掘進(jìn)機(jī)為邊雙鏈刮板形式，使用坡度±18°，行走速度為0 ～6m/min，SGB620/40T 型刮板機(jī)輸入量為150t/h，應(yīng)用閘帶式緊鏈方式，膠帶輸送機(jī)輸入量為400t/h，MQT-130/3.2 型氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)使用的鉆頭包括φ27mm、φ28mm、φ30mm、φ32mm，空載推進(jìn)速度為400m/s，空載轉(zhuǎn)速為700r/min，支腿推進(jìn)力Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ分別為5.2/6.7/9.8kN。

（2）施工工藝。1309 回風(fēng)巷掘進(jìn)時(shí)應(yīng)用“三八”制組織生產(chǎn)，采用一掘一錨三班掘進(jìn)方式，實(shí)現(xiàn)正規(guī)循環(huán)作業(yè)，綜合掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺長度為1.6m，采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)聯(lián)合單體錨桿鉆機(jī)的掘進(jìn)模式，利用綜合機(jī)械完成巷道的掘進(jìn)工作，錨桿錨索支護(hù)應(yīng)用錨桿機(jī)和風(fēng)鉆，裝煤、運(yùn)煤和卸煤工作應(yīng)用綜合掘進(jìn)機(jī)械，并二運(yùn)將煤轉(zhuǎn)載到膠帶輸送機(jī)上，由人工輔助實(shí)施運(yùn)料、備料工作。在施工過程中，掘進(jìn)與錨桿支護(hù)交替作業(yè)，實(shí)施“交接班→安全檢查、隱患處理→延伸皮帶→掘進(jìn)→出煤（矸）→敲幫問頂→臨時(shí)支護(hù)→頂部錨網(wǎng)支護(hù)→幫部錨網(wǎng)支護(hù)→錨索支護(hù)→錨索張拉→文明施工→各一個(gè)循環(huán)”等流程。①掘進(jìn)機(jī)采用截割形式掘進(jìn)施工，每刀截割進(jìn)度為0.8m，應(yīng)用激光指向儀明確巷道方向、坡度，并應(yīng)用綜合掘進(jìn)機(jī)械自行裝運(yùn)。在具體施工過程中，應(yīng)先將綜合掘進(jìn)機(jī)械截割頭調(diào)整到巷道的中下部，以此下刀，采用“S”型方式左右擺動(dòng)將槽窩割出，然后逐層向上橫著反復(fù)截割，在截割的過程中，需要對截割高度、寬度等進(jìn)行嚴(yán)格控制，完成設(shè)計(jì)要求的斷面。②對掘進(jìn)頭空頂區(qū)實(shí)施“敲幫問頂”，在確保安全性的基礎(chǔ)上將前探梁安裝好，并設(shè)置專人對頂板變化情況進(jìn)行觀察，穿好前探梁，在前探梁的上方空頂位置鋪設(shè)金屬網(wǎng)。③應(yīng)用風(fēng)動(dòng)MQT-130 風(fēng)動(dòng)錨桿鉆機(jī)配合中空六方鉆桿和φ28mm鉆頭于巷道頂部打孔支護(hù)。在錨索安裝的過程中，應(yīng)用手持鉆機(jī)進(jìn)行幫部打孔錨桿施工支護(hù)作業(yè)。④利用錨桿機(jī)、風(fēng)鉆進(jìn)行錨桿和錨索支護(hù)工作，并應(yīng)用綜合掘進(jìn)機(jī)械進(jìn)行裝煤、運(yùn)煤、卸煤工作，二轉(zhuǎn)將煤轉(zhuǎn)載到膠帶輸送機(jī)上，由人工輔助實(shí)施運(yùn)料、備料工作。⑤在快速掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)用過程中，中班、夜班每個(gè)班進(jìn)行三個(gè)循環(huán)，早班前半階段掘進(jìn)一個(gè)循環(huán)，后半階段進(jìn)行設(shè)備檢查維護(hù)和物料運(yùn)輸工作，在三班工作完成任務(wù)之后交接下一班，每天掘進(jìn)距離11.2m。

（3）掘進(jìn)面支護(hù)方式。1309 回風(fēng)巷應(yīng)用梯形斷面實(shí)施快速掘進(jìn)技術(shù)，支護(hù)方式為錨網(wǎng)索和鋼筋梁。其中頂錨桿為φ20×2400mm 左旋無縱肋螺紋鋼樹脂錨桿，采用矩形進(jìn)行布置，錨桿支護(hù)間距為800×800mm，每行6 根，錨桿兩邊距離行幫200mm 以內(nèi)，錨桿和頂板之間的夾角為75°，頂網(wǎng)應(yīng)用鋼筋網(wǎng)片，規(guī)格為φ6.5×3300×900mm，鋼筋梁應(yīng)用12#圓鋼制作成寬為70mm，長為4000mm 的梁，應(yīng)用錨桿固定。錨索為鋼絞線，規(guī)格為φ21.8×7200mm，排列間距為1400×2000mm，具體支護(hù)方式如圖2 所示。

圖2 1309 回風(fēng)巷巷道斷面支護(hù)方式

4 結(jié)語

總之，煤礦綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用對于提高礦山作業(yè)效率和安全性具有重要意義，通過自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)控制和監(jiān)測，減少人為操作錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，提高作業(yè)效率。同時(shí)，人員培訓(xùn)和安全管理也是不可忽視的因素，只有通過專業(yè)的培訓(xùn)和嚴(yán)格的安全管理，才能確保設(shè)備操作人員的安全，并減少事故的發(fā)生。綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用需要不斷進(jìn)行創(chuàng)新與改進(jìn)，以適應(yīng)煤礦行業(yè)的發(fā)展需求，并為煤礦作業(yè)提供更高效、更安全的解決方案。