煤巷掘錨一體機快速掘進技術及工藝研究

何翔熠

摘要：本文在對煤礦井下巖巷掘進工藝流程進行分析的基礎上，總結了影響巖巷掘進的三個關鍵因素，針對性地提出了基于掘進設備優化、支護體系優化和勞動組織管理優化多位一體的井下巖巷快速掘進工藝體系，新的快速掘進體系對提升井下巖巷掘進效率和經濟性具有十分重要的意義。

關鍵詞：煤巷;快速掘進技術

1 巖巷快速掘進影響因素分析

巖巷在掘進過程中主要包括破巖、物料傳輸、巷道支護等多個工序，各個工序需要依次進行，而且各個工序間存在著比較緊密的聯系，綜掘面上的施工機械設備多，人工作業間存在較多的交替，在利用計時法對各工序耗時和人員分布進行統計后，發現影響巖巷掘進效率的因素主要體現在以下幾個方面。

1.1 機械設備施工效率低

掘進機在施工作業時采用人工控制，無法實現連續作業，而且掘進過程中極易出現人工判斷失誤導致的觸頂停機事故。煤炭運輸皮帶機對煤礦企業綜合效益的穩定實現有著重要作用。然而，在實際運行過程中，煤炭運輸皮帶機經常發生各種安全事故，對煤礦的生產效率及效益造成嚴重威脅。

1.2 支護施工效率低

由于巷道標高底，地質條件復雜，地壓較大，支護設計較為復雜，通常采用錨網索噴的復雜支護形式，井下支護采用人工架設錨桿、錨索支護方式，存在多次支護、翻修支護的情況，支護工作量大、施工效率低。

1.3 施工組織混亂

井下采用“三班倒”的作業方式，每天需進行三次交接班，交接班總時長占比過高，影響實際施工時長，而且采用多次噴涂固化后再進行錨固施工的方式使得固化周期加長，無法滿足快速錨固施工的需求。

2 掘進設備施工方案優化

根據分析，掘進設備對巷道掘進效率的影響主要體現在掘進機的人工控制作業效率低、以及綜掘面物料轉運方式落后等三個方面，因此，需對井下掘進設備施工方案進行優化。

掘進機采用自動截割控制。為了滿足煤礦井下復雜地質環境下的自動截割控制需求，在對記憶截割、遠程控制截割等多種截割方式進行對比后，選擇了記憶截割控制方式。在進行截割作業時，首先根據現場情況由人工控制掘進機完成一組截割控制，在控制過程中系統對掘進機的截割坐標、截割轉速、高度等進行標定，形成截割路徑，并把截割情況存儲在控制系統中，形成記憶截割數據。

當系統轉入自動截割控制后，調取存儲庫內的記憶截割數據，然后對路徑進行擬合，最終形成記憶截割路徑，根據記憶截割數據完成對掘進機回轉、油缸升降及自動截割。同時，位于掘進機上的電流傳感器、位移傳感器、角度傳感器、壓力傳感器等實時對調整情況進行檢查，將實際調整數據和理論調整數據進行對比，輸出數據差值，然后系統根據差值情況對其修正，以滿足調整精確性的需求。

為了解決斜巷絞車運輸物料慢、周轉次數多的問題，在綜掘面設置了小型帶式輸送機，以便和轉載機配合使用，無需經中間周轉，極大地提升了物料轉運的效率和安全性。

3 巷道支護方案優化

針對井下巷道掘進斷面小、人工架設錨桿支護效率低下的難題，對巷道結構進行優化，其斷面尺寸必須要滿足設備運輸、管道走管、巷道通風以及行人通行的安全需求，通過對多種巷道截面進行分析，最終決定選用拱形斷面結構[2]。

在進行支護時，結合井下實際情況，綜合采用臨時支護+永久支護+讓壓支護的方案，在保證支護強度的情況下，提升巷道支護的效率和穩定性。

在進行臨時支護時，首先對巷道頂板進行初噴，待固化后，利用無縫鋼管配合吊環對巷道進行支護。對重點區域進行永久支護時，采用低密度高強度的錨索聯合支護方案，錨桿支護時距離不小于800 mm，支護完成后，利用高強度錨索進行補強支護，每組錨索不少于3排，其間距不低于1 500 mm。讓壓支護是將巷道復噴作業放到巷道支護完成后，待支護完成約45 d后，巷道頂板和圍巖的應力重新分布并達到了穩定狀態，再進行復噴，從而達到減少復噴次數的目的。

4 遠程監控以及可視化遙控技術

在煤礦巷道掘進作業中，越來越多的煤礦企業已經開始將可視化遙感技術引入到掘錨一體機化技術中，通過兩者結合，實時監控煤礦井下的作業過程，即在相關監控操作基本上利用攝像儀來完成。一般該類掘錨機上往往配備了三個攝像9儀，每個攝像儀覆蓋的范圍有所區別，各自負責相應的區域，三者安裝的位置也有所區別。它們檢測獲得的信息資料利用相關信息化方法輸送至計算機上，這樣負責監控的工作人員僅需通過觀測數據，便能夠實現對整個作業全程的有效監控。該監控方法的優勢突出，完全擺脫了空間的限制，提高了機械設備的安全性。不僅如此，遙感技術還具有相應的數據處理能力，可以隨時分析相關數據，形成相應的曲線圖，這樣人們可以非常方便地進行信息查詢。除此之外，當數據超越曲線標準時，還會利用相應的報警器發揮警報，使得機械設備始終在專業、科學的監控下運作，提高了作業的安全性，降低了作業風險。

在組織優化方面，采用“二九一六”的作業模式，減少員工上下班的交接時間，提高實際作業時間，對優化后的掘進面情況進行分析，發現井下掘進面的日進尺量由最初的3.4 m/d，提升到了目前的4.58 m/d，日進尺量平均提升了34.8%以上，井下綜掘面的作業人員由36人降低到了目前的25人，數量降低了30.1%，顯著提升了井下巷道掘進的效率和質量。

5 結論

1）采用掘進機記憶截割、大載重裝載機轉運和輸送帶物料周轉的方案，能夠提升井下巷道掘進作業的自動化程度和效率。

2）采用臨時支護+永久支護+讓壓支護的方案，能夠在保證支護強度的情況下，提升巷道支護效率和穩定性。

3）新的快速掘進體系能夠將井下日進尺量提升34.8%以上，將井下綜掘面的同時作業人員數量降低30.1%，對提升井下巷道掘進的效率和經濟性具有十分重要的意義。

參考文獻：

[1] 趙宏偉.我國煤礦巖巷快速掘進技術現狀及展望[J].煤炭科學技術，2012，40（1）：5-7.

[2] 譚開兵，吳鳳林.WK-75型礦用挖掘機回轉平臺的參數化設計[J].煤炭工程，2016，48（2）：139-141.

[3] 萬海鑫，陳冬冬，張猛.滲水巷道掘進工作面冒頂機理及控制技術[J].煤炭科學技術，2015，43（4）：11-14;77.

[4] 孫米銀.大斷面巖巷綜掘快速成巷技術研究與應用[J].煤炭工程，2014，46（3）：39-41.