煤礦井下巷道快速掘進(jìn)技術(shù)的研究

（山西蒲縣華勝煤業(yè)有限公司 山西 041206）

隨著我國對工業(yè)的發(fā)展，人們的采礦量增加，伴隨而來的是井下巷道掘進(jìn)工程量的提升，因此對井下巷道掘進(jìn)工作開展效率要求也有所提高。但是我國巷道掘進(jìn)工作技術(shù)中還存在一定的局限性，對巷道掘進(jìn)效率和質(zhì)量不利。下面就對煤礦生產(chǎn)中巖巷掘進(jìn)問題進(jìn)行探討。

1.快速掘進(jìn)技術(shù)介紹

煤礦井下巷道快速掘進(jìn)技術(shù)在煤礦開采工作中占有重要地位，是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)。目前我國煤礦井下巷道快速掘進(jìn)技術(shù)的主要工藝流程主要包括五個(gè)內(nèi)容，其中采煤機(jī)姿態(tài)調(diào)整和巷道斷面截割是其中比較關(guān)鍵的項(xiàng)目。因?yàn)檫@兩項(xiàng)工作開展的好壞會對掘進(jìn)作業(yè)速度和質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。所以，必須深入研究以掘進(jìn)機(jī)姿態(tài)監(jiān)測、糾偏及巷道斷面自動(dòng)成型這兩個(gè)方面的技術(shù)應(yīng)用[1]。與此同時(shí)，掘進(jìn)機(jī)作為掘進(jìn)工作開展的主力，其事故發(fā)生率也會對掘進(jìn)效率產(chǎn)生影響，因此還應(yīng)該重視掘進(jìn)機(jī)故障自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)研究，通過深入研究來發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，或創(chuàng)造出更佳的掘進(jìn)技術(shù)。

(1)采煤機(jī)位姿糾偏技術(shù)

掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)位姿檢測與糾偏技術(shù)的作用原理可以簡單概述為：通過使用大量傳感器設(shè)備來實(shí)現(xiàn)對掘進(jìn)機(jī)的狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并使用組合定位算法和慣性導(dǎo)航位姿解算方法來對檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，以便根據(jù)計(jì)算結(jié)果確認(rèn)掘進(jìn)機(jī)的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)。但是實(shí)際工作中，糾偏方案的制定需要根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行確定。因?yàn)槊旱V井下巷道的地質(zhì)環(huán)境具有復(fù)雜性，因此在巷道開展掘進(jìn)作業(yè)時(shí)會受到很多因素的影響，使得其位姿呈現(xiàn)出不斷變化的現(xiàn)象，不能滿足巷道掘進(jìn)的一致性要求[2]。雖然目前已經(jīng)在掘進(jìn)中使用了用機(jī)器視覺定位、超聲波定位、激光定位等多種技術(shù)，但是這些技術(shù)單個(gè)應(yīng)用的過程中很容易受到各種因素干擾，與實(shí)際工作開展的快速與精確等要求不符。所以研究開發(fā)出了多種技術(shù)組織應(yīng)用的方法和糾偏方案，這種系統(tǒng)中不僅包括了之前單一的技術(shù)，還將捷聯(lián)慣性導(dǎo)航定位技術(shù)應(yīng)用其中，在系統(tǒng)中設(shè)置了四個(gè)移動(dòng)式捷聯(lián)慣導(dǎo)定位基站和四個(gè)固定式捷聯(lián)慣導(dǎo)定位基站，實(shí)現(xiàn)了整體定位糾偏。在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過對掘進(jìn)機(jī)的運(yùn)動(dòng)相對變化量來得到掘進(jìn)機(jī)工作中的位姿變化，然后與激光測距設(shè)備來聯(lián)合使用，確定掘進(jìn)機(jī)模塊坐標(biāo)值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對掘進(jìn)機(jī)位姿的確定。

(2)巷道自動(dòng)截割成型技術(shù)

煤礦井下巷道結(jié)構(gòu)截割軌跡不同，形成的巷道成型結(jié)果也不同。目前最常用的軌跡路徑是“S”形。具體掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，截割系統(tǒng)會第一時(shí)間讀取掘進(jìn)機(jī)的絕對位姿，然后依據(jù)捷聯(lián)慣導(dǎo)原理計(jì)算出掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)與巷道的相對位置坐標(biāo)，再設(shè)定截割切入點(diǎn)，并按照之前設(shè)置好的截割路徑開展自動(dòng)成型作業(yè)。斷面自動(dòng)成型應(yīng)用主要涉及到三種技術(shù)，這三種技術(shù)主要包括：分析斷面成型誤差、自適應(yīng)截割控制及截割軌跡跟蹤[3]。通過三者的綜合應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)斷面自動(dòng)成型截割。掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)用過程中截割作業(yè)過程不僅包括截割作業(yè)本身，還包括掃底、刷幫等作業(yè)。

(3)掘進(jìn)機(jī)的故障監(jiān)測技術(shù)

掘進(jìn)機(jī)的故障監(jiān)測技術(shù)的具體應(yīng)用過程就是自適應(yīng)診斷的過程，診斷的內(nèi)容涵蓋范圍很廣。實(shí)際操作中需要依靠系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置的隔離傳感器來實(shí)現(xiàn)對截割轉(zhuǎn)速、截割電流及位姿狀態(tài)等各類運(yùn)行狀態(tài)信息的監(jiān)控和對比，及時(shí)了解掘進(jìn)機(jī)的即時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，然后按照運(yùn)行狀況的不同來進(jìn)行系統(tǒng)自動(dòng)檢測及報(bào)警。如果參數(shù)超出既定設(shè)置范圍5秒后，就能進(jìn)行故障報(bào)警和數(shù)據(jù)原因分析。

2.目前巷道快速掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)用中存在的問題

(1)機(jī)械化裝備水平低

我國的巷道作業(yè)主要分為兩類：一類是包括打眼、裝巖、轉(zhuǎn)載、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)在內(nèi)的高檔機(jī)械化作業(yè)線。這些環(huán)節(jié)的高檔之處，就在于這些環(huán)節(jié)基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化配套，或者使用的工具和設(shè)備具有高效的特點(diǎn)；另一類則是包括采用機(jī)械化裝載、運(yùn)輸，且打眼、噴漿等機(jī)械自動(dòng)化水平較低的普同型機(jī)械化作業(yè)線，這些環(huán)節(jié)往往還使用人工作業(yè)，且具有勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗時(shí)長且效率低等特點(diǎn)。與此同時(shí)，我國井下巷道作業(yè)中很多單位都使用單軌絞車運(yùn)輸，需要絞車摘掛鉤工來進(jìn)行作業(yè)，提升了作業(yè)危險(xiǎn)性。同時(shí)還存在矸石運(yùn)輸困難的問題，整體運(yùn)輸操作較為復(fù)雜，且效率低下，影響掘進(jìn)效率。

(2)巷道支護(hù)技術(shù)不足

首先，巷道支護(hù)技術(shù)眾多，但是都具有其缺點(diǎn)，其中綜合應(yīng)用效果較好的錨噴支護(hù)在巷道掘進(jìn)中被廣泛應(yīng)用。但是缺點(diǎn)也很明顯，其缺點(diǎn)包括打錨桿速度不快、巷道內(nèi)噴漿速度慢、整體支護(hù)效果不佳等。這些缺點(diǎn)會影響巷道掘進(jìn)平行作業(yè)效率和掘進(jìn)速度等。

(3)爆破技術(shù)較差

目前我國煤礦井下巷道快速掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)用中存在一個(gè)問題，就是爆破過程中自由面少、且爆破技術(shù)差。且我國巷道爆破管理中還存在很大的問題，常常出現(xiàn)少打眼、亂放炮的問題，加上作業(yè)時(shí)炮眼面臨的夾制力問題，可以直接引發(fā)炮眼利用率低、成型質(zhì)量差、圍巖松動(dòng)破壞嚴(yán)重等不良后果。

3.煤礦井下巷道高效掘進(jìn)的有效措施

(1)重視地質(zhì)預(yù)測工作

對于煤礦井下巷道而言，不管是什么材質(zhì)或類型的巷道，都具有地質(zhì)條件復(fù)雜的特點(diǎn)。一旦地質(zhì)預(yù)測預(yù)檢工作開展不到位，盲目地進(jìn)行開采，就可能在掘進(jìn)過程中出現(xiàn)斷層及構(gòu)造帶等問題，在影響施工進(jìn)度的同時(shí)，影響施工安全。因此必須重視地質(zhì)預(yù)測工作的開展。在巷道掘進(jìn)前利用三維物探、鉆探等先進(jìn)科學(xué)方式對巷道的地質(zhì)條件進(jìn)行探查，掌握巷道地質(zhì)條件，明確掘進(jìn)過程中可能出現(xiàn)的問題，以便做到心中有數(shù)，提前有針對性地采取應(yīng)對措施、準(zhǔn)備對應(yīng)的工具和設(shè)備，為巷道的連續(xù)施工、快速掘進(jìn)奠定基礎(chǔ)。

(2)重視運(yùn)輸系統(tǒng)建設(shè)，提升排矸速度

實(shí)際工作中，一旦出現(xiàn)礦車排矸運(yùn)輸速度慢的問題，肯定會對巖巷掘進(jìn)速度產(chǎn)生影響，甚至可能產(chǎn)生安全隱患。所以重視排矸運(yùn)輸系統(tǒng)建設(shè)，提升排矸速度非常有必要。建設(shè)人員可以通過將礦車運(yùn)輸改為皮帶機(jī)鏈板機(jī)系統(tǒng)運(yùn)輸或者使用皮帶機(jī)系統(tǒng)和梭車集中運(yùn)輸?shù)确绞絹硖嵘\(yùn)輸效率。

(3)提升爆破效果

爆破效果會對巷道快速掘進(jìn)效率和質(zhì)量產(chǎn)生應(yīng)用，因此必須重視爆破工作的開展，通過采用中深孔爆破、多循環(huán)作業(yè)等形式來改善爆破效果，進(jìn)而提升高循環(huán)進(jìn)尺和炮眼利用率。

首先，在巖巷掘進(jìn)中使用風(fēng)鉆鉆爆破眼技術(shù)。這種技術(shù)的應(yīng)用重點(diǎn)則是在每個(gè)掘進(jìn)頭中設(shè)置5到6臺風(fēng)鉆，且保持風(fēng)鉆鉆眼深度在2m到2.2m之間。鉆研施工時(shí)必須保證相關(guān)責(zé)任制落實(shí)到位，且需要確定中腰線位置，并根據(jù)中腰線的位置來進(jìn)行具體的鉆眼輪廓和鉆眼位置確定。同時(shí)在鉆眼工作開展后，必須把握鉆眼的位置的準(zhǔn)確性及各眼位的平齊、垂直性，為確保爆破后作業(yè)面的垂直性和整齊性奠定基礎(chǔ)。同時(shí)按照巖石硬度的不同來調(diào)整爆破圖表，這個(gè)過程中還必須重視鉆眼裝藥量。然后進(jìn)行施工方案、程序及效果的研究和確定，以保證巷道的成形效率和質(zhì)量。

其次，煤巷的掘進(jìn)措施。煤巷掘進(jìn)作業(yè)必須考慮作業(yè)的安全性，一般而言，將迎頭炮眼深度進(jìn)行控制，并保持底部眼、掏槽眼、兩幫及中部炮眼的深度為2m，同時(shí)頂部炮眼的深度是0.7m。在放炮工作完成之后，把第一個(gè)棚架設(shè)在0.7m處。

最后，創(chuàng)新爆破工藝。進(jìn)一步根據(jù)巷道特點(diǎn)來進(jìn)行爆破技術(shù)研究，深入探索對應(yīng)條件下爆破工作開展的最佳參數(shù)組合，在保證爆破作業(yè)安全進(jìn)行的前提下開展爆破技術(shù)創(chuàng)新工作。

(4)提升設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率及使用壽命

掘進(jìn)設(shè)備是掘進(jìn)工作開展的基礎(chǔ)，因此設(shè)法提升設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率，延長設(shè)備使用壽命顯得非常重要。實(shí)際工作中提升和延長措施一般包括兩個(gè)方面：首先，安排專門的人員做好對掘進(jìn)設(shè)備的日常點(diǎn)檢和維護(hù)工作。使其運(yùn)行期間始終處于良好的狀態(tài)，避免設(shè)備帶病作業(yè)的情況發(fā)生。在保證設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率的同時(shí)延長設(shè)備的使用壽命；其次，制定設(shè)備維護(hù)管理制度，組織設(shè)備維護(hù)管理培訓(xùn)，提升相關(guān)人員的服務(wù)意識、維護(hù)管理意識和責(zé)任心。

(5)加強(qiáng)巖巷綜掘粉塵治理

在巖巷掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)用中，粉塵治理又是一項(xiàng)重要內(nèi)容，一旦處理不到位就會出現(xiàn)粉塵濃度過高的問題。若被巷道內(nèi)作業(yè)人員吸入身體內(nèi)部，產(chǎn)生塵肺等職業(yè)病或中毒情況，會影響其身心健康。因此必須采取措施來對粉塵進(jìn)行治理。首先，在工作空間內(nèi)安裝噴霧壓力≥5MPa的高壓防塵供水系統(tǒng)，同時(shí)要求噴霧系統(tǒng)噴霧過程要經(jīng)過一百二十目的過濾器過濾；其次，在水幕前方設(shè)置大于多于兩組正壓防塵面罩，同時(shí)保證經(jīng)過油水、活性炭、精細(xì)等三層設(shè)備系統(tǒng)過濾。作為巷道作業(yè)者，司機(jī)也需要佩戴防塵面罩等。無關(guān)人員嚴(yán)禁到降塵水幕之內(nèi)的范圍；最后，在巷道內(nèi)部的工作轉(zhuǎn)載點(diǎn)及卸載點(diǎn)設(shè)置擋塵罩或噴淋設(shè)施等設(shè)置防塵、隔爆設(shè)施。

4.結(jié)語

總而言之，煤礦井下巷道快速掘進(jìn)技術(shù)是煤礦開采行業(yè)的一個(gè)重要技術(shù)，對于煤礦開采而言具有重要意義。因此相關(guān)企業(yè)和人員不僅要重視煤礦井下巷道快速掘進(jìn)技術(shù)研究，及時(shí)發(fā)現(xiàn)技術(shù)中存在的問題，并采取措施進(jìn)行預(yù)防。同時(shí)還要積極探索研究創(chuàng)新，研發(fā)新的技術(shù)類別，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的創(chuàng)新，保證礦井生產(chǎn)的效率。