煤礦井下巷道快速掘進技術分析

陳艷明

摘 要：隨著煤礦井下綜采作業裝備自動化水平的持續提升，目前，煤礦井下生產中最為突出的問題已經逐漸偏向于綜采效率提升與掘進技術水平不高之間的矛盾。因此，本文詳細分析煤礦井下巷道掘進技術面臨的問題，并提出多種方法來優化掘進技術，以促進井下巷道掘進效率的提升，同時保證掘進的安全性。

關鍵詞：煤礦;巷道;快速掘進

中圖分類號：TD263文獻標識碼：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

隨著自動化技術的不斷發展和廣泛應用，煤礦井下巷道快速掘進技術出現，而巷道斷面智能成型技術與掘進機位置自動監測與糾偏技術可以促進掘進機實現巷道自動成型作業。從目前煤礦井下技術實際應用來看，合理使用煤礦井下巷道快速掘進技術可以有效提升整體技術水平，提高一次成型率和掘進效率，這樣就能滿足井下采掘平衡需求，保障綜采作業的經濟性。

1 快速掘進技術構架

在綜采作業中，掘進機工藝流程主要包含姿態調整、巷道斷面截割、掏槽定位、刷幫掃底和收煤等環節。其中，掘進作業效率與斷面成型質量會受到掘進機姿態調整精度和巷道斷面截割方式的影響。當前，人們需要合理使用各種先進技術的，進一步提升巷道掘進作業的效率與穩定性[1-3]。

2 巷道快速掘進的制約因素

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

2.1 地質構造條件

一般來說，煤礦生產很容易受到地質構造的影響。影響煤礦巷道掘進的首要因素就是生產區的地質構造，其中容易存在斷層、褶皺等，不僅會讓煤炭開采變得更加復雜，還會嚴重影響煤礦巷道的掘進速度。對于煤礦工作面而言，褶皺構造、煤巖硬度、瓦斯量和涌水量等因素都會直接影響巷道掘進速度。

2.2 施工工藝水平

在煤礦開采過程中，實際開采速率會受到施工工藝的影響。目前，煤炭企業大都選擇使用大斷面U型棚支護或者復合支護等工藝。很多傳統支護工藝擁有較大的支護強度，并且支護巷道斷面大，不僅可以滿足行人與通風的需求，也能滿足掘進設備安裝和煤炭運輸的需求。但是，傳統支護工藝存在部分缺點，若施工經驗不足或技術應用不到位，會影響巷道的掘進速度。

2.3 掘進設備性能

社會經濟的發展使得煤礦巷道掘進設備技術水平持續提升，但是相比發達國家的掘進設備，國內掘進設備的整體工藝水平相對落后，信息化、機械化、自動化程度都跟不上發達國家。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，導致相同產品的生產存在較大的差距。例如，雖然煤炭的裝卸與運輸機械化水平已經明顯提高，但是噴漿、打眼等方面的機械化水平依舊偏低，有時甚至需要采用人工方式[4]。

3 煤礦井下巷道快速掘進技術分析

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

3.1 優化掘進設備與配套設備

3.1.1 挖掘裝載機+二運皮帶+可伸縮膠帶輸送機+溜矸眼作業線。該方案（下稱方案1）主要由挖掘裝載機、二運皮帶、可伸縮膠帶輸送機和溜矸眼組成，它在我國煤礦巷道掘進過程中有較為廣泛的應用。設備布置情況如下：挖掘裝載機后面緊接著膠帶轉載機，其與可伸縮膠帶輸送機搭接，工作面爆破后的矸石通過挖掘式裝載機裝運到二運皮帶，然后轉運到伸縮皮帶，經伸縮皮帶轉運到溜矸眼。

方案1可實現矸石連續運輸，利用溜矸眼緩沖，減少矸石轉運停歇時間，能充分反映挖掘裝載機的生產效率，裝載、運輸生產能力大，掘進速度快。由于膠帶延長速度快，這套方案能利用膠帶延長時間進行永久支架安設，有效地利用掘進循環時間，提高實巷單頭單進的掘進水平。方案1的主要缺點在于鉆爆作業需要人工使用風鉆打眼。

3.1.2 挖掘裝載機+梭車作業線。該方案（下稱方案2）由挖掘裝載機、梭式礦車和牽引電機車等部分組成。原煤通過挖掘裝載機、膠帶轉載機卸載于梭車內，然后通過牽引電機車拉至卸載地點卸載。

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

3.1.3 掘進機+二運皮帶+可伸縮膠帶輸送機+溜矸眼作業線。該方案（下稱方案3）主要由掘進機、二運皮帶、可伸縮膠帶輸送機與溜矸眼組成。設備布置情況如下：掘進機后面緊接著膠帶轉載機，后者與可伸縮膠帶輸送機搭接，破下的矸石裝上轉載機，卸在膠帶輸送機上運出。

方案3可以實現矸石連續運輸，利用溜矸眼緩沖，減少矸石轉運停歇時間，同時充分反映掘進機的生產效率，裝載、運輸生產能力大，掘進速度快。因為膠帶延長速度快，該方案能利用膠帶延長時間進行永久支架安設，有效地利用掘進循環時間。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，掘進機切割慢，浪費截齒。另外，掘進機掘進期間產生大量粉塵，若防塵設施不好，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，筆者結合實際案例加以分析。當巷道使用挖掘裝載機+皮帶運輸+溜矸眼作業線進行施工時，方案1更適合采用。其間采用中深孔爆破，掘進進尺有了保障，聯合機械化出矸作業線能夠保證工作面處的不間斷性。在同等條件下，工作效能將發揮到最好。在巷道坡度變化大和雙巷掘進時，方案2比較適合。方案3在巖層比較穩定的巷道內比較實用。

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

3.2 利用智能掘進技術

傳統的煤礦井下掘進主要利用人工掘進方式進行控制，在進行截割作業時利用井下掘進作業環境與人工操作經驗，基于蛇形截割路徑來加以處理，但是經常會出現偏移問題，影響成型質量。反復的截割修正會對井下巷道掘進作業效率和穩定性產生影響，所以按照長時間的井下截割作業經驗來分析，提出一種回字形截割方案。在使用本方案的過程中，路徑規則要滿足采煤機的智能化截割主業處理要求，避免反復修正，提升一次成型質量。具體的規劃路徑如圖1所示，按照不同要求，截割作業又包含了正回和逆回兩種方案[5-6]。

在實際的操作中，為了匹配路徑規劃方案，掘進機主要通過記憶截割來規劃方案。掘進作業環節，首先要掃清浮煤，然后才能進刀，等完全切入巖壁后，就要停止進刀，截割臂會從一端開始，一直朝另一端開展掏槽作業，之后開展垂直截割處理，按照設定好的回字形截割路徑來開展煤礦巷道的掘進處理，最終達成巷道的一次成型。這種掘進方式的優勢在于巷道外側直接切入，在截割巷道內側截面時要求進行慢速截割，以保障巷道截面的質量;成型后就可以開展高速截割，確保巷道截面成型質量，盡可能提升巷道掘進效率;要按照實際應用需求選擇智能掘進方案，滿足巷道截面一次截割成型的需求，并且提升工作效率。

4 煤礦井下快速掘進技術的未來發展趨勢

在充分掌握各項快速掘進技術后，人們需要準確分析快速掘進技術的未來發展趨勢，這樣才能真正迎合煤礦井下快速掘進的生產要求，以此來提升煤礦企業的生產效益。

4.1 掘錨一體化技術

隨著科學技術的不斷發展，現階段，煤礦生產企業十分重視掘進技術的實際生產效率。所以，未來需要注重掘錨一體化技術的應用，這對于井下快速掘進有著重要的推動作用。相對于其他掘進技術，掘錨一體化技術擁有諸多優勢。第一，其實際應用領域廣闊，同時能夠滿足掘進生產效率的要求，進而達到明顯的巷道成型效果。第二，這種技術在生產環境相對惡劣的單巷與雙巷掘進中能夠得到廣泛的應用。第三，掘錨一體化技術的使用能夠實現錨桿支護效果的進一步提升，同時能夠優化現有生產環境，以降低作業強度。

因為有了上述優勢，所以掘錨一體化技術得到廣泛使用。錨桿鉆機與連續采煤機二者相互配合，不僅可以實現錨護作業與掘進作業的統一，也能實現掘錨機組的相對滑動。在開展煤礦井下作業時，這樣還能夠提升截割設備與運輸設備的實際能力，最終減少井下作業中錨桿鉆機的分布數量。在我國，不同煤礦的區域地質條件存在較大的差異，所以人們要考慮掘錨一體化技術的應用，這樣就能夠更好地面對各種環境缺陷，從而研究地質條件，進一步優化生產工藝。

4.2 大斷面多巷掘進工作中挖掘機技術的推廣應用

隨著時代的發展，越來越多的煤礦企業開始接觸大斷面掘進工作。為了將工作順利實施下去，人們可以合理使用連續采煤機，這樣不僅可以全面提升掘進作業效率，也能夠降低實際生產成本，最終實現采掘一體化目標。

5 結語

為了更好地滿足煤礦井下巷道快速掘進技術的要求，本文提出了一種全新的支護方案。影響煤礦井下綜采作業效率的因素主要有三，即地質構造、施工工藝與施工設備。在煤礦井下巷道快速掘進技術的應用過程中，人們要做好快速掘進技術比較分析，有效提升井下巷道快速掘進效率和一次成型率，保證煤礦井下巷道掘進的一致性，推動煤礦井下巷道快速掘進技術的有效應用。

參考文獻：

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[4]杜國凱.半煤巖巷道快速掘進技術研究[J].中國石油和化工標準與質量，2020（23）：154-156.

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