煤礦快速掘進(jìn)超前支護(hù)影響因素及提升措施分析

王龍峰

(焦作煤業(yè)集團(tuán)趙固(新鄉(xiāng))能源有限責(zé)任公司，河南 新鄉(xiāng) 453600)

0 引言

從目前我國煤礦快速掘進(jìn)來看，懸臂式掘進(jìn)仍舊是主要的掘進(jìn)方式，從掘進(jìn)情況來看，整體較為靈活，適應(yīng)性也相對(duì)較強(qiáng)，在單巷掘進(jìn)中應(yīng)用較好，但是也存在明顯的掘進(jìn)和支護(hù)不能滿足實(shí)際需求的問題，特別是在超前支護(hù)過程中，隨著巷道埋深的不斷提升，巷道地質(zhì)條件的不斷復(fù)雜化，很多超前支護(hù)措施也表現(xiàn)出較強(qiáng)的不適應(yīng)性。因此，對(duì)煤礦快速掘進(jìn)超前支護(hù)影響因素及提升措施進(jìn)行分析有著較為重要的意義。

1 主要影響因素及存在的問題

從目前我國巷道快速掘進(jìn)超前支護(hù)來看，在掘進(jìn)過程中，選擇使用懸臂式掘進(jìn)機(jī)配套單體錨桿鉆機(jī)的快速掘進(jìn)方式方法較多，整個(gè)技術(shù)工藝較為簡單，掘進(jìn)和支護(hù)工作相互配合提升，同時(shí)，系統(tǒng)涉及到掘進(jìn)、支護(hù)、供電、供水及材料運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)，整體屬于一個(gè)較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，人員、設(shè)備及技術(shù)工藝均會(huì)對(duì)整個(gè)過程產(chǎn)生較大的影響。從生產(chǎn)實(shí)際來看，在快速掘進(jìn)超前支護(hù)的過程中，支護(hù)環(huán)節(jié)所占的時(shí)間超過了每個(gè)循環(huán)的1/2，掘進(jìn)時(shí)間在1/4左右，準(zhǔn)備時(shí)間和機(jī)械故障維護(hù)時(shí)間在1/5左右。因此，在快速掘進(jìn)過程中，對(duì)整個(gè)工藝有較大影響的因素主要有掘進(jìn)和支護(hù)。從具體工藝的使用來看，錨桿鉆機(jī)的整體性能已經(jīng)較為可靠，鉆孔效率已經(jīng)達(dá)到了瓶頸期，但是從具體掘進(jìn)來看，其中仍舊存在一些問題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1)國內(nèi)巷道仍舊多數(shù)采用的是拱形巷道和矩形巷道。掘進(jìn)機(jī)在將斷面掘進(jìn)成設(shè)計(jì)斷面時(shí)，很多情況下，不能達(dá)到一次成型的效果。一般情況下，須將設(shè)計(jì)斷面分為一個(gè)部分進(jìn)行掘進(jìn)。掘進(jìn)機(jī)根據(jù)①—⑥的順序開展掘進(jìn)施工，在將左半部分涉及的①—③環(huán)節(jié)掘進(jìn)完成后，掘進(jìn)機(jī)后退到④斷面的位置，機(jī)身整體向右移動(dòng)，完成剩余的④—⑥環(huán)節(jié)的施工，然后再退出一定的距離，為后續(xù)的支護(hù)施工提供一定的空間，在超前支護(hù)完成后，實(shí)現(xiàn)整個(gè)作業(yè)循環(huán)的有效完成。從具體的掘進(jìn)情況來看，不論是掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)還是后退，均會(huì)影響到快速掘進(jìn)速度，特別是在鏟煤的過程中，鏟板設(shè)計(jì)不科學(xué)均會(huì)導(dǎo)致掘進(jìn)機(jī)需要左右擺動(dòng)鏟煤的問題，這也是影響快速掘進(jìn)時(shí)間的重要因素。巷道快速掘進(jìn)掘一錨二施工如圖1所示。

圖1 巷道快速掘進(jìn)掘一錨二施工示意圖

2)在巷道掘進(jìn)過程中，現(xiàn)場(chǎng)降塵作業(yè)整體效果較差，特別是整體的能見度相對(duì)較低，對(duì)掘進(jìn)機(jī)司機(jī)的視野帶來的負(fù)面影響明顯，影響整個(gè)掘進(jìn)效果。雖然很多煤礦在快速掘進(jìn)過程中選擇使用了噴霧降塵措施，但是現(xiàn)場(chǎng)使用效果不佳，并沒有達(dá)到有效降塵的目的。

3)隨著地質(zhì)條件的不同，在快速掘進(jìn)超前支護(hù)過程中，面臨的煤層完整性和硬度有著較大的不同，但是從具體的掘進(jìn)來看，掘進(jìn)方式之間的差異性較小，均選擇使用懸臂式掘進(jìn)機(jī)，這就導(dǎo)致在工作過程中，對(duì)掘進(jìn)機(jī)的使用較為單一，也在一定程度上導(dǎo)致很多煤礦將精力放置到如何增強(qiáng)錨桿鉆機(jī)效率和掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)功率上，但從實(shí)際工作情況來看，這些因素往往較為有限，在達(dá)到一定程度之后，提升空間相對(duì)較小。

4)從快速掘進(jìn)超前支護(hù)來看，現(xiàn)場(chǎng)施工人員配置情況和空間整體布局情況會(huì)直接影響快速掘進(jìn)超前支護(hù)的效果。在施工過程中，并非現(xiàn)場(chǎng)布置人員越多越好，需要在空間和時(shí)間上實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的布局，才能提升快速掘進(jìn)超前支護(hù)效果。同時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)施工過程中，現(xiàn)場(chǎng)管理人員、施工人員的整體能力和素質(zhì)水平也會(huì)影響到掘進(jìn)速度，由于現(xiàn)場(chǎng)人員整體素質(zhì)能力參差不齊，均對(duì)快速掘進(jìn)超前支護(hù)施工帶來較大影響。

2 提升煤礦快速掘進(jìn)超前支護(hù)效果的措施

2.1 對(duì)快速掘進(jìn)超前支護(hù)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)

從目前我國快速掘進(jìn)超前支護(hù)來看，由于選擇使用的懸臂式掘進(jìn)機(jī)和單體錨桿鉆機(jī)配合使用較多，根據(jù)使用過程中出現(xiàn)的問題和不足，提升快速掘進(jìn)超前支護(hù)實(shí)效可以在掘進(jìn)過程中有效壓縮掘進(jìn)機(jī)后退和左右移動(dòng)的時(shí)間，從而為提升掘進(jìn)速度增多機(jī)會(huì)。將EBZ16A型懸臂式掘進(jìn)機(jī)作為具體分析對(duì)象，在掘進(jìn)機(jī)機(jī)身保持不動(dòng)的情況下，截割臂在切割過程中，最大范圍如圖2(a)所示，主視圖如圖2(b)所示。

(a) (b)

在對(duì)巷道斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)或者選擇使用具體機(jī)型時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇掘進(jìn)斷面一次成型的方式，防止履帶式掘進(jìn)機(jī)出現(xiàn)多次后退、左右移動(dòng)的問題，特別是降低二次掘進(jìn)給整個(gè)巷道頂板產(chǎn)生的多次擾動(dòng)問題，增強(qiáng)頂板工作的穩(wěn)定性。技術(shù)人員在對(duì)巷道斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不能局限設(shè)計(jì)為拱形或者矩形，可以設(shè)計(jì)為四段微弧拱形的方式。此外，掘進(jìn)過程中，針對(duì)鏟板存在的設(shè)計(jì)短板，為了提升掘進(jìn)機(jī)拾煤效果，技術(shù)人員可以將鏟板設(shè)計(jì)為朝著巷道兩側(cè)伸縮的結(jié)構(gòu)，防止掘進(jìn)過程中出現(xiàn)遺漏煤渣的問題，為整個(gè)后續(xù)支護(hù)施工提供充足的作業(yè)空間，增強(qiáng)掘進(jìn)工作的整體速度，更好地保證超前支護(hù)的安全性。

2.2 采取高質(zhì)量的現(xiàn)場(chǎng)降塵措施

針對(duì)目前快速掘進(jìn)超前支護(hù)中存在的降塵問題，可選擇使用刀頭噴水的方式，或者將刀頭進(jìn)行封閉，將整個(gè)截割面全部封閉起來，主要作用是有效隔絕巷道和煤塵，使掘進(jìn)機(jī)司機(jī)有一個(gè)更為舒適便利的工作環(huán)境，進(jìn)一步提升掘進(jìn)整體的速度和質(zhì)量。

2.3 采用多元化掘進(jìn)方式

隨著煤礦開采深度的不斷增加，快速掘進(jìn)超前支護(hù)也有著較大的不同，因此，不能選擇單一的快速掘進(jìn)超前支護(hù)方式，特別是不能將支護(hù)局限在使用懸臂式掘進(jìn)機(jī)上。若掘進(jìn)的是煤巷，對(duì)于硬煤和軟媒應(yīng)當(dāng)有一定的區(qū)別。軟媒情況下，所需的掘進(jìn)功率相對(duì)較小，選擇使用的截割臂應(yīng)當(dāng)小型化，對(duì)于支架鉆桿應(yīng)當(dāng)選擇使用移動(dòng)式支護(hù)鉆桿，從而達(dá)到快速掘進(jìn)超前支護(hù)的效果。若為硬煤，可選擇使用掘錨護(hù)一體機(jī)，降低人工作業(yè)時(shí)間，若仍舊選擇使用當(dāng)前掘進(jìn)機(jī)，應(yīng)當(dāng)增加簡易框架臨時(shí)結(jié)構(gòu)。鉆機(jī)采用懸掛定位新技術(shù)。支護(hù)鉆架采用重疊盾構(gòu)的設(shè)計(jì)，對(duì)掘進(jìn)機(jī)和支架存在干涉的地方可以轉(zhuǎn)換思路為利用干涉，例如將支架作為掘進(jìn)機(jī)截割斷面的輪廓限制，也可利用截割臂設(shè)計(jì)臨時(shí)挑架，作為施工人員的臨時(shí)防護(hù)結(jié)構(gòu)。此外，還應(yīng)當(dāng)提升現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)人員的管理實(shí)效，更好地提升現(xiàn)場(chǎng)施工人員的工作效果。

3 結(jié)語

巷道快速掘進(jìn)屬于較為復(fù)雜的系統(tǒng)，全面提升各個(gè)環(huán)節(jié)的安全高效水平直接影響整個(gè)煤礦的掘進(jìn)和支護(hù)效果。因此，需要高度重視快速掘進(jìn)超前支護(hù)技術(shù)，充分結(jié)合煤礦掘進(jìn)地質(zhì)的實(shí)際條件，加大技術(shù)投入力度，因礦施策、因巷施策，更好地保證煤礦掘進(jìn)的安全性。