淺析煤礦綜合機械化快速掘進技術

劉嵩，徐楠楠

（山東華新建筑工程集團有限責任公司，山東 泰安 271219）

現階段，全球能源需求持續增長，煤炭作為主要的能源來源之一，其開采和利用的重要性也日漸凸顯。在煤炭開采過程中，應用機械化設備在巷道快速掘進是提高煤炭產量的關鍵。綜合機械化快速掘進技術以其高效率、安全性和可持續性優勢，已經成為現代煤礦開采的重要支柱。

1 綜合機械化快速掘進技術概述

隨著煤礦開采工作的不斷發展，傳統的人工開采方式已經無法滿足快速、高效的需求，在科學技術創新發展下，逐漸將煤礦綜合機械化快速掘進技術應用于煤礦開采工作中，是一種高效、高進度的巷道掘進技術，通過將掘進、裝載、運輸、支護等環節進行優化組合，實現高效、安全、快速地煤礦開采。該技術主要運用在采煤工作面，通過采煤機、刮板輸送機、液壓支架等設備的配合，有效提高煤礦的開采速度和效率，減少人力投入，降低勞動強度，改善工作環境，提高礦山的安全性，而且通過機械化設備的應用，可以實現連續、自動化的煤礦開采，提高開采效率，減少生產成本。

2 煤礦綜合機械化快速掘進技術要點

綜合機械化快速掘進技術的應用將帶來煤礦開采效率的提升和勞動條件的改善。然而，其應用也面臨一些挑戰，如設備維護和故障處理等問題，需要科學合理地解決。通過不斷地技術創新和完善，綜合機械化快速掘進技術將在煤礦開采中發揮更大的作用，以下具體分析煤礦綜合機械化快速掘進技術要點。

2.1 掘進機的應用

掘進機是一種專門用于地下煤礦掘進作業的機械設備，能夠在煤礦工作面上用機械化方式快速、連續地進行掘進作業，以實現高效地煤礦開采。在應用掘進機的過程中，需要考慮以下幾個因素：（1）地質條件。煤礦地地質條件對掘進機的選擇有重要影響。例如，巖層的硬度、傾角、裂隙等因素會影響掘進機的工作效率和性能要求，根據不同的地質條件，可以選擇適合的掘進機類型，如液壓掘進機、電動掘進機等。（2）煤礦開采要求。不同煤礦的開采要求也會影響掘進機的選擇，開采要求包括開采速度、掘進進度、掘進距離等，根據開采要求，可以選擇具有相應性能的掘進機，以滿足煤礦開采的需要。（3）設備性能。掘進機的性能也是選擇的重要因素，掘進機的功率、掘進速度、轉向靈活性、安全性能等都會影響掘進機的性能。

2.2 液壓鉆機的使用

液壓鉆機是一種使用液壓系統驅動的鉆孔設備，廣泛應用于煤礦綜合機械化快速掘進技術中。液壓鉆機具有自動化控制功能，可以實現自動定位、自動進給、自動回轉等操作，操作人員只需簡單設置參數，機器就可以按照設定的路徑和速度進行鉆孔作業，減少人工操作的煩瑣程度，提高工作效率。同時，液壓鉆機具有較高的鉆孔精度和穩定性，可以實現精確的孔位控制和孔徑控制，而且鉆孔孔徑一致、孔壁光滑，可以提高爆破效果，減少煤矸石的產生。此外，液壓鉆機能夠適應不同地質條件和工作環境，可以應用于不同類型的煤礦開采，根據具體情況，選擇不同規格和型號的液壓鉆機，以滿足不同的掘進需求。

2.3 自動化系統的應用

自動化系統在煤礦的掘進作業中發揮著重要作用，通過使用計算機、傳感器、執行器和控制器等技術，實現設備的自動化控制和監測。（1）自動化系統可以對掘進機、液壓鉆機等設備進行自動控制，通過預設參數和程序，控制設備的運行速度、傾角、進給量等參數，實現精確的掘進操作，不僅能提高作業的精度和效率，還能減少人為因素對掘進作業的影響。（2）自動化系統可以實時監測設備的工作狀態和性能指標，通過傳感器采集設備的振動、溫度、壓力等數據，及時發現設備故障和異常情況，并進行預警和報警。同時，系統還能夠記錄和存儲設備的運行數據，為后續的故障診斷和性能分析提供依據。（3）自動化系統可以對設備進行故障診斷和維護管理，通過分析設備的運行數據和故障信息，系統能夠判斷設備是否存在故障，并提供相應的維修建議，以及時修復設備故障減少停機時間，提高設備的可靠性和可用性。（4）自動化系統可以監控煤礦作業環境的安全性，通過安裝監控攝像頭和傳感器，實時監測煤礦的通風、氣體濃度、溫度等參數，及時發現和預防事故隱患，并對作業人員的行為進行監控和記錄，確保作業符合安全規范。

2.4 人員培訓和安全管理

在煤礦綜合機械化快速掘進技術的應用中，人員培訓和安全管理是非常重要的環節。為了保證煤礦綜合機械化快速掘進技術的安全和高效運行，需要對操作人員進行專業培訓，培訓內容包括了解設備的結構和工作原理、操作規程和操作技巧、應急處理等，并通過理論課程和實際操作相結合的方式進行，確保操作人員具備熟練的技能和安全意識。安全教育是煤礦作業中不可或缺的一部分，操作人員需要了解煤礦作業中存在的各種危險因素，如瓦斯爆炸、頂板塌落等，學習相應的安全規定和操作程序，并開展緊急情況下的自救和互救技能培訓，培養操作人員適應環境變化和應對突發事件的能力。煤礦綜合機械化快速掘進技術的應用要求建立完善的安全管理體系，包括安全管理制度和操作規程，建立安全生產責任制，加強設備的定期檢修和維護，確保設備的正常運行，也要建立健全的事故應急預案和救援機制，提高應急處理能力。此外，為了及時發現和解決安全隱患，需要進行安全監測和評估，通過安全監測系統對設備的運行狀態、瓦斯濃度、頂板穩定性等進行實時監測，及時預警和采取相應措施，而且要定期進行安全評估，對煤礦作業中的安全風險進行識別和評估，及時調整和完善安全管理措施。

3 案例分析

3.1 案例概況

某礦井位于甘肅省境內，當前開采煤層為侏羅統延安組軟巖煤系地層，主要成分為泥質砂巖、粉砂巖，應用綜合機械化快速掘進技術于1309 工作面，在回風巷開口平掘進見煤之后，沿著煤層頂板方向掘進，從而使1309 工作面形成完整的生產系統，保證采煤區域可正常接續，在1309 工作面回采過程中，巷道主要是用于輔助運輸、回風和管線敷設，掘進工作進程為1095m。如圖1 所示為1309工作面巷道位置圖，地質結構較為簡單，整體上為單斜構造，在區域內呈水平分布，在掘進過程中可能會遇到中小型斷層，對煤層完整性造成影響，易出現安全事故。

圖1 1309 工作面巷道分布

3.2 掘進工作面設備和技術

（1）設備。在1309 回風巷應用懸臂式掘進機和單體錨桿鉆機組合作業，懸臂式掘進機先將綜合掘進機械截割頭調節到巷道中下部，從中下部進刀，實現煤體破、裝等程序后，由工作面煤通過綜合掘進機械二運轉載機配合SGB620/40T 型刮板機、DTL80/40-55 型55kW 型電滾筒膠帶輸送機將煤裝載到溜煤眼，由工作人員利用錨桿鉆機等設備施工作業完整支護工序。其中懸臂式掘進機為邊雙鏈刮板形式，使用坡度±18°，行走速度為0 ～6m/min，SGB620/40T 型刮板機輸入量為150t/h，應用閘帶式緊鏈方式，膠帶輸送機輸入量為400t/h，MQT-130/3.2 型氣動錨桿鉆機使用的鉆頭包括φ27mm、φ28mm、φ30mm、φ32mm，空載推進速度為400m/s，空載轉速為700r/min，支腿推進力Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ分別為5.2/6.7/9.8kN。

（2）施工工藝。1309 回風巷掘進時應用“三八”制組織生產，采用一掘一錨三班掘進方式，實現正規循環作業，綜合掘進循環進尺長度為1.6m，采用懸臂式掘進機聯合單體錨桿鉆機的掘進模式，利用綜合機械完成巷道的掘進工作，錨桿錨索支護應用錨桿機和風鉆，裝煤、運煤和卸煤工作應用綜合掘進機械，并二運將煤轉載到膠帶輸送機上，由人工輔助實施運料、備料工作。在施工過程中，掘進與錨桿支護交替作業，實施“交接班→安全檢查、隱患處理→延伸皮帶→掘進→出煤（矸）→敲幫問頂→臨時支護→頂部錨網支護→幫部錨網支護→錨索支護→錨索張拉→文明施工→各一個循環”等流程。①掘進機采用截割形式掘進施工，每刀截割進度為0.8m，應用激光指向儀明確巷道方向、坡度，并應用綜合掘進機械自行裝運。在具體施工過程中，應先將綜合掘進機械截割頭調整到巷道的中下部，以此下刀，采用“S”型方式左右擺動將槽窩割出，然后逐層向上橫著反復截割，在截割的過程中，需要對截割高度、寬度等進行嚴格控制，完成設計要求的斷面。②對掘進頭空頂區實施“敲幫問頂”，在確保安全性的基礎上將前探梁安裝好，并設置專人對頂板變化情況進行觀察，穿好前探梁，在前探梁的上方空頂位置鋪設金屬網。③應用風動MQT-130 風動錨桿鉆機配合中空六方鉆桿和φ28mm鉆頭于巷道頂部打孔支護。在錨索安裝的過程中，應用手持鉆機進行幫部打孔錨桿施工支護作業。④利用錨桿機、風鉆進行錨桿和錨索支護工作，并應用綜合掘進機械進行裝煤、運煤、卸煤工作，二轉將煤轉載到膠帶輸送機上，由人工輔助實施運料、備料工作。⑤在快速掘進技術應用過程中，中班、夜班每個班進行三個循環，早班前半階段掘進一個循環，后半階段進行設備檢查維護和物料運輸工作，在三班工作完成任務之后交接下一班，每天掘進距離11.2m。

（3）掘進面支護方式。1309 回風巷應用梯形斷面實施快速掘進技術，支護方式為錨網索和鋼筋梁。其中頂錨桿為φ20×2400mm 左旋無縱肋螺紋鋼樹脂錨桿，采用矩形進行布置，錨桿支護間距為800×800mm，每行6 根，錨桿兩邊距離行幫200mm 以內，錨桿和頂板之間的夾角為75°，頂網應用鋼筋網片，規格為φ6.5×3300×900mm，鋼筋梁應用12#圓鋼制作成寬為70mm，長為4000mm 的梁，應用錨桿固定。錨索為鋼絞線，規格為φ21.8×7200mm，排列間距為1400×2000mm，具體支護方式如圖2 所示。

圖2 1309 回風巷巷道斷面支護方式

4 結語

總之，煤礦綜合機械化快速掘進技術的應用對于提高礦山作業效率和安全性具有重要意義，通過自動化系統的應用，可以實現設備的自動控制和監測，減少人為操作錯誤的風險，提高作業效率。同時，人員培訓和安全管理也是不可忽視的因素，只有通過專業的培訓和嚴格的安全管理，才能確保設備操作人員的安全，并減少事故的發生。綜合機械化快速掘進技術的應用需要不斷進行創新與改進，以適應煤礦行業的發展需求，并為煤礦作業提供更高效、更安全的解決方案。