煤礦地下開采巷道掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)用分析

王鎮(zhèn) 卜現(xiàn)濤

摘要：在煤礦地下開采中，需要掘進(jìn)大量的巷道，實現(xiàn)煤礦的高效開采。在此背景下，加強巷道掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)用研究就顯得十分必要。本文聯(lián)系煤礦地下開采較常使用的巷道掘進(jìn)技術(shù)，對巷道掘進(jìn)面臨的問題及影響因素進(jìn)行細(xì)致分析，并從加強地質(zhì)監(jiān)測分析、改進(jìn)巷道掘進(jìn)設(shè)備、優(yōu)化巷道掘進(jìn)工藝、加強作業(yè)過程管理等方面入手，提出有效應(yīng)對策略，旨在促使煤礦巷道施工效率和生產(chǎn)效益提高。

關(guān)鍵詞：煤礦；地下開采；巷道掘進(jìn)技術(shù)

DOI：10.12433/zgkjtz.20233042

煤礦巷道是地下開采作業(yè)重要的運輸通道，對巷道掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行合理選擇與應(yīng)用，可以保證開采工作安全、高效開展，實際開采質(zhì)量也能得到有效保障。但是在實際作業(yè)時，煤礦地下開采巷道掘進(jìn)會受到多重因素影響，導(dǎo)致煤礦開采安全和效率無法得到保障，需要對這些因素細(xì)致分析，并采用合適的巷道掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化解決，使整個煤礦地下開采工作更加順暢、安全。

一、煤礦地下開采較常使用的巷道掘進(jìn)技術(shù)

常用巷道掘進(jìn)技術(shù)特點及優(yōu)勢如表1所示。

（一）綜合機械化掘進(jìn)技術(shù)

綜合機械化掘進(jìn)技術(shù)在煤礦地下開采中應(yīng)用，必須結(jié)合開采煤礦的地質(zhì)條件和既有掘進(jìn)技術(shù)，對需要運用到的機械硬件設(shè)施科學(xué)配置。通過構(gòu)建綜合機械化掘進(jìn)體系，使機械化硬件設(shè)備作業(yè)變得更有安全性、穩(wěn)定性和高效性。

（1）破煤。綜合機械化設(shè)備可以依托自身攜帶的截齒鉆頭在作業(yè)面上轉(zhuǎn)動，并采用液壓傳動的方式在工作面中切割出可以滿足煤礦開采需要的巷道。

（2）裝煤運輸。在完成煤切割作業(yè)以后，可以利用機械化掘進(jìn)機下部的耙抓，將煤礦有效裝入掘進(jìn)機內(nèi)的傳送結(jié)構(gòu)中，通過輸送機皮帶將開采出來的煤礦送出作業(yè)面。

（3）掘進(jìn)機械行走。在煤礦地下開采中，采用綜合機械化掘進(jìn)技術(shù)，可以以履帶傳動的方式進(jìn)行行走，并在完成作業(yè)面煤礦開采以后，由操作人員下達(dá)命令朝另一工作面行進(jìn)。

（二）連續(xù)性煤巷掘進(jìn)技術(shù)

連續(xù)性煤巷掘進(jìn)技術(shù)是由連續(xù)采煤機、四臂錨桿鉆機、皮帶機、轉(zhuǎn)載破碎機等構(gòu)成的綜合性配套掘進(jìn)技術(shù)。將之運用到煤礦地下開采作業(yè)中，不僅可以作為單獨采煤機房柱式采煤和回采邊角煤，還能夠形成完整的掘進(jìn)系統(tǒng)，全面實現(xiàn)巷道掘進(jìn)、轉(zhuǎn)載運輸?shù)茸鳂I(yè)，使整個掘進(jìn)速度和采煤效益得到提高。實際操作內(nèi)容包括：

（1）合理設(shè)置支護參數(shù)。在有效了解煤礦地質(zhì)情況以后，對錨桿排距、錨孔裝藥量等支護工作參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，避免錨桿不平衡問題發(fā)生，連續(xù)性煤巷掘進(jìn)技術(shù)也能夠在安全穩(wěn)定的環(huán)境中應(yīng)用。

（2）選擇適合掘進(jìn)設(shè)備。由于在巷道掘進(jìn)過程中，可能會遭遇積水區(qū)、陷落區(qū)、破碎帶等情況，若采用自重過大的煤巷連采機，就容易出現(xiàn)事故。因此，要根據(jù)掌握到的地質(zhì)構(gòu)造情況，選擇重量較輕的掘進(jìn)設(shè)備進(jìn)行作業(yè)，這樣才能提高掘進(jìn)工作效率和煤礦開采安全性。

（3）加強巷道清理。在連續(xù)性煤巷掘進(jìn)中，及時有效清理掘進(jìn)過程產(chǎn)生的淤泥、積水等，避免雜物清理不及時對連采機運行帶來不利影響。

（三）掘錨一體化掘進(jìn)技術(shù)

拋錨一體化掘進(jìn)技術(shù)在煤礦地下開采中應(yīng)用，不僅可以實現(xiàn)掘錨平行作業(yè)，還可以將其與臨時支護、截割裝載等有效聯(lián)系起來，使整體工作效率得到極大提高。

（1）巷道分段支護。通過采用多排多臂同時支護，實現(xiàn)掘支工序均衡。一次支護時頂部錨桿和幫部上部錨桿用掘錨機組施工，二次支護則使用輔助設(shè)備和一次支護剩余的錨桿，完成下部錨桿和錨索作業(yè)。

（2）保持長距離通風(fēng)。在使用掘錨一體化掘進(jìn)技術(shù)時，掘進(jìn)成套裝備總體安裝長度介于50～200m，因此，在面對較長回采巷道工作面情況時，需要通過聯(lián)絡(luò)巷形成負(fù)壓通風(fēng)有效解決局部通風(fēng)機供風(fēng)難題，必要情況下還可以使用旋風(fēng)機和二次加壓技術(shù)來滿足實際作業(yè)通風(fēng)要求。

（3）高效設(shè)備配置。這項技術(shù)應(yīng)用主要是以掘錨機組為主體，配套輔助支護設(shè)備、轉(zhuǎn)載設(shè)備和帶式輸送機，操作中要根據(jù)不同地質(zhì)條件，對不同形式的快速掘進(jìn)設(shè)備進(jìn)行布置，以達(dá)到提高掘進(jìn)速度的目的。

二、煤礦地下開采巷道掘進(jìn)面臨問題及影響因素分析

（一）面臨問題

（1）沖擊地壓。伴隨著煤礦地下開采深度不斷增加，巖土所承受的壓力也逐漸增大，這就容易引起巷道發(fā)生沖擊地壓問題。當(dāng)這一問題發(fā)生后，就會隨著煤巖體高速拋出引發(fā)礦震，進(jìn)而對煤礦巷道造成較大的破壞。搶修人員對沖擊地壓發(fā)生的機理掌握不夠明確，導(dǎo)致防治區(qū)域面積較大，需要采用更多安全支護措施。

（2）煤與瓦斯。在進(jìn)入深部開采階段后，煤層中的瓦斯含量及壓力不斷增加，當(dāng)巷道瓦斯?jié)舛冗_(dá)到爆炸濃度界限，極大提高了煤礦地下開采的危險性。對這一問題進(jìn)行治理，主要是在巷道掘進(jìn)過程中，抽取釋放出的瓦斯，降低爆炸事故發(fā)生概率。

（3）深部巷道變形。深部開采時，巷道圍巖需要承受較大的應(yīng)力，當(dāng)巖石呈現(xiàn)軟巖特性以后，巷道出現(xiàn)變形的概率也會升高，并且隨著時間不斷延長，巷道變形也會持續(xù)增加，從而造成煤巷地下開采作業(yè)的風(fēng)險系數(shù)較高。對這一問題進(jìn)行防治，就要對巷道變形加強監(jiān)測。若出現(xiàn)變形過大情況，就要對巷道進(jìn)行重新施工，并做好支護保護工作。

（二）影響因素

（1）圍巖強度。巷道掘進(jìn)是否安全與圍巖強度具有十分緊密聯(lián)系，若掘進(jìn)過程出現(xiàn)圍巖環(huán)境不夠穩(wěn)定的情況，就會降低巷道掘進(jìn)安全性。這也提示在開展巷道掘進(jìn)工作前，應(yīng)對圍巖進(jìn)行全面勘測，并在把握圍巖實際情況以后，科學(xué)制定巷道掘進(jìn)方案，針對出現(xiàn)的圍巖強度不足情況，實際作業(yè)中可以采用錨桿技術(shù)進(jìn)行解決，使圍巖強度和巷道掘進(jìn)穩(wěn)定性得到提高。

（2）地質(zhì)環(huán)境。作為影響巷道掘進(jìn)主要因素，許多礦藏地區(qū)地質(zhì)環(huán)境十分脆弱，因此，在地下開采時容易面臨巖體變硬、地下水、斷層等問題，極大提高了巷道掘進(jìn)工作難度。若控制不足，還會引發(fā)涌水、瓦斯泄露等問題。這要對地質(zhì)環(huán)境因素進(jìn)行全面細(xì)致勘察與分析，并根據(jù)現(xiàn)實情況采用合適的巷道掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行開采作業(yè)。

（3）地應(yīng)力。在煤礦地下開采中，地應(yīng)力主要是指礦山內(nèi)部存在的壓力。在巷道掘進(jìn)過程中，巷道內(nèi)部被采空，極容易受到地應(yīng)力因素影響，進(jìn)而發(fā)生巖體位移、煤層壓松等問題。要對這一問題進(jìn)行解決，就要高度重視采空區(qū)域保護支撐工作，通過加強頂板巖層控制，提高巷道掘進(jìn)安全性和保證掘進(jìn)過程穩(wěn)定性。

三、煤礦地下開采巷道掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)用需要注意的要點

（一）加強地質(zhì)監(jiān)測分析

煤礦地下開采中進(jìn)行巷道掘進(jìn)工作，經(jīng)常會遭遇復(fù)雜地質(zhì)條件情況。若不對其進(jìn)行細(xì)致勘察與分析，不僅會對巷道掘進(jìn)技術(shù)合理選擇產(chǎn)生不良影響，還會極大降低巷道掘進(jìn)速度、威脅煤礦地下安全生產(chǎn)。相應(yīng)措施包括：

（1）收集整理前期勘查資料。在煤礦地下開采之前，已經(jīng)對煤礦地區(qū)進(jìn)行全面系統(tǒng)的勘查工作，這就可以在巷道掘進(jìn)之前對礦區(qū)勘查信息資料進(jìn)行搜尋、整理與分析，以便更好把握礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)情況。針對地下開采巷道掘進(jìn)遭遇的新地質(zhì)環(huán)境情況，也能在綜合分析以往勘查資料以后，對新的勘查工作進(jìn)行科學(xué)組織與安排，確保所得地質(zhì)信息資料真實、準(zhǔn)確和完整，為后續(xù)巷道掘進(jìn)安全穩(wěn)定奠定良好的基礎(chǔ)。

（2）采用科學(xué)合理監(jiān)測技術(shù)。在地質(zhì)勘查時，要提高地質(zhì)勘查工作效率和提高數(shù)據(jù)結(jié)果準(zhǔn)確性，還可以對三維物探、鉆探等技術(shù)進(jìn)行有效利用，并通過監(jiān)測獲得地質(zhì)構(gòu)造、巖層地質(zhì)等信息，實現(xiàn)對區(qū)域地質(zhì)環(huán)境情況的全面細(xì)致了解。針對發(fā)現(xiàn)的巖層薄弱、強度不夠等問題，后續(xù)巷道掘進(jìn)過程也能采用支護手段處理。

（二）改進(jìn)巷道掘進(jìn)設(shè)備

在煤礦地下開采巷道掘進(jìn)中，無論采用哪種掘進(jìn)技術(shù)，都需要使用各種掘進(jìn)設(shè)備，而且掘進(jìn)裝備好壞也會對巷道掘進(jìn)安全性和工作效率產(chǎn)生較大的影響，需要在巷道掘進(jìn)過程中選用合適設(shè)備，優(yōu)化改進(jìn)相應(yīng)設(shè)備，使這些設(shè)備在開展工作時運用更為便捷，實際功能可以得到有效發(fā)揮。

（1）對于懸臂式掘進(jìn)機，對其內(nèi)部元件進(jìn)行重新設(shè)計，可以在有效改善機械使用性能的同時，提高懸臂式掘進(jìn)機運行使用可靠性水平。同時，還可以將自動控制、新型截割機構(gòu)等技術(shù)應(yīng)用到懸臂式掘進(jìn)機中，進(jìn)一步提高機械使用適應(yīng)性，懸臂式掘進(jìn)機與生產(chǎn)系統(tǒng)配套性也會增強。

（2）對于連續(xù)采煤機，對該設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，可以放在截割工藝上，通過使截割刀從巷道頂部插入，進(jìn)入深度約為采煤機滾筒直徑的3/4，控制截割滾筒向下壓至所需要切割煤體，待接觸到底板以后進(jìn)行整齊切割，可以優(yōu)化設(shè)備實際使用性能。同時，還可以從降塵、冷卻等方面入手，優(yōu)化完善連續(xù)采煤機的功能，促使巷道掘進(jìn)開采工作更為高效安全地進(jìn)行。

（三）優(yōu)化巷道掘進(jìn)工藝

煤礦地下開采巷道掘進(jìn)技術(shù)較多，針對不同技術(shù)實際應(yīng)用也存在一定差異，特別是在面對不同地質(zhì)條件情況時，若出現(xiàn)巷道掘進(jìn)技術(shù)選擇不佳的狀況，不僅容易引發(fā)安全問題，還會對掘進(jìn)效率和開采效益產(chǎn)生較大影響。因此，在地下開采作業(yè)時，要在全面細(xì)致了解地質(zhì)環(huán)境情況后，選擇合適的巷道掘進(jìn)技術(shù)作業(yè)，還可以結(jié)合實際優(yōu)化掘進(jìn)工藝，使掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢作用得到充分發(fā)揮，確保整個地下采礦過程安全、穩(wěn)定。

1.加強不同掘進(jìn)技術(shù)對比分析

在開展地下開采巷道掘進(jìn)作業(yè)之前，可以結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)條件情況，對分別使用綜合機械化、掘錨一體化等掘進(jìn)技術(shù)，取得的效果及可能發(fā)生的問題進(jìn)行對比分析，經(jīng)過綜合考慮以后選擇最為適合的巷道掘進(jìn)技術(shù)，這樣可以充分發(fā)揮技術(shù)使用優(yōu)勢，減少實際作業(yè)中的各類安全、質(zhì)量問題。

2.優(yōu)化改進(jìn)開展掘進(jìn)工藝

煤礦地下開采面臨的地質(zhì)環(huán)境十分復(fù)雜，實際作業(yè)采用掘錨一體化、連續(xù)性煤巷等掘進(jìn)技術(shù)，也會出現(xiàn)一些不適應(yīng)的問題。要解決這些問題，可以結(jié)合實際情況優(yōu)化這些掘進(jìn)工藝，通過多樣技術(shù)組合應(yīng)用、完善通風(fēng)保護功能等措施，增強巷道掘進(jìn)技術(shù)的適應(yīng)性，促進(jìn)工作效率和開采效益也能得到較大的提升。

（四）作業(yè)過程管理

在應(yīng)用煤礦地下開采巷道掘進(jìn)技術(shù)時，要對整體作業(yè)過程實施嚴(yán)格監(jiān)督與管理，在實現(xiàn)對各種影響掘進(jìn)效率因素有效控制基礎(chǔ)上，對掘進(jìn)過程出現(xiàn)的巖體位移、瓦斯泄漏等情況也能及時發(fā)現(xiàn)與處理，最終確保整個掘進(jìn)過程安全、穩(wěn)定。

（1）加強工序環(huán)節(jié)研究。在使用巷道掘進(jìn)技術(shù)開展地下采礦作業(yè)時，要對使用掘進(jìn)技術(shù)的工作流程進(jìn)行研究與分析，并嚴(yán)格按照規(guī)定工序及操作流程作業(yè)，降低各種安全質(zhì)量問題發(fā)生概率，讓整體工作效率也能得到有力的保障。

（2）強化作業(yè)過程控制?？紤]到地下開采巷道掘進(jìn)容易受到多方面因素的影響，要對實際作業(yè)過程進(jìn)行監(jiān)督與控制。執(zhí)行時，要將注意力放在巷道地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測、加強支護保護等方面，通過做好這些工作及時發(fā)現(xiàn)掘進(jìn)過程存在的安全隱患，在結(jié)合實際情況開展支護保護作業(yè)，也能保證掘進(jìn)工作的安全性與穩(wěn)定性。

（3）發(fā)現(xiàn)問題及時處理。針對巷道掘進(jìn)過程出現(xiàn)的操作設(shè)備不熟練、巖體發(fā)生位移等問題，在發(fā)現(xiàn)這些問題后要及時查明引發(fā)原因，然后采取相應(yīng)措施予以解決。比如，巖體位移問題可能是受到地應(yīng)力影響導(dǎo)致，后續(xù)掘進(jìn)作業(yè)就要對地質(zhì)情況加強監(jiān)測，并對頂板巖層采用支護措施進(jìn)行有效控制。

四、結(jié)語

巷道掘進(jìn)作為煤礦地下開采的基礎(chǔ)工作環(huán)節(jié)，在綜合把握煤礦地下地質(zhì)環(huán)境情況后，選擇合適巷道掘進(jìn)技術(shù)作業(yè)，可以提高煤礦地下開采效率，保證開采過程的安全性。在實踐中，要對煤礦地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行細(xì)致勘查，并根據(jù)掌握的情況對連續(xù)性煤巷掘進(jìn)技術(shù)、掘錨一體化掘進(jìn)技術(shù)等進(jìn)行應(yīng)用，執(zhí)行時要結(jié)合實際情況對巷道掘進(jìn)設(shè)備和工藝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。針對整個作業(yè)過程要加強管理控制，以及時發(fā)現(xiàn)掘進(jìn)過程存在的問題并作出有效的處理，保證整個地下煤礦掘進(jìn)開采作業(yè)安全、穩(wěn)定、高效。

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