煤礦高效掘進技術現狀與發展趨勢探討

袁猛，崔東偉

（1.山東能源集團棗莊礦業（集團）付村煤業有限公司，山東 濟寧 272000；2.山東能源集團棗莊礦業（集團）柴里煤礦，山東 棗莊 277000）

目前，借助高效掘進技術進行煤礦的開采工作已經成為煤礦開采行業的重要技術手段，在得到廣泛應用的同時，也在實際的煤礦開采工作中取得了一定的成效。但從實際的煤礦高效掘進技術應用層面來看，仍然存在眾多不足之處，需要相關人員進行深入的探索和分析。基于此，本文通過具體的案例介紹，分析現階段我國煤礦高效掘進技術的現狀，并展望了其未來的發展趨勢，希望能夠為煤礦開采行業應用高效掘進技術提供參考。

1 工程案例

1.1 案例概況

棗莊礦業（集團）付村煤礦當前階段主采3下煤層，上覆3上煤層，層間距平均約5.98m，屬近距離煤層，層間巖性主要為泥巖與粉砂巖。3下1008工作面運輸巷沿上覆小煤柱內錯布置，平面間距為19.1m；材料巷沿上覆小煤柱5.1m外錯布置。3下1008工作面兩巷掘進期間，巷道圍巖穩定性較好，未見明顯礦壓顯現；3下1008工作面回采時，回采巷道圍巖變形破壞劇烈，具體表現為超前工作面120m范圍內巷道頂板下沉嚴重，煤壁片幫，出現底鼓與大量錨桿（索）破斷現象；同時，該工作面斷層發育，受斷層影響巷道層理紊亂，下伏煤層頂板巖層裂隙發育，完整性較差，若采用被動架棚支護，易發生采空區漏風自燃及瓦斯等災害，對巷道圍巖穩定控制及安全生產造成不利影響，且傳統錨桿支護理論很難進行科學合理的支護設計。此外，在3下1008工作面回采結束后（2022年4月30日），為滿足礦井生產接續，需沿3下1008采空區掘進3下1009運輸巷，預計留設4.5m沿空小煤柱護巷；因此，針對付村煤礦極近距離煤層開采，需解決兩個科學問題：（1）極近距離煤層下伏采動敏感型巷道圍巖變形失穩機理；（2）沿空掘巷圍巖穩定性控制對策。其掘進工作面布局如圖1所示。

圖1 掘進工作面布局

1.2 煤礦掘進作業流程

該煤礦掘進工作主要是由掘進機、轉載機、運輸機等眾多設備構成，其中，最關鍵的設備為懸臂式掘進機。其具體掘進作業流程如下所示。

（1）施工前的準備作業。在進入掘進工作面后，需要對涉及的設備展開全面的檢查，在掘進工作期間，需要嚴格遵守相應的掘進進度，并對掘進速度控制在規定的范圍內。

（2）開展截割作業。在開展截割作業時，需要遵守從上至下的原則進行切割，在完成一個較為完整的裝運工作之后，需要將掘進機駛出掘進現場，并切斷電源，同時將煤幫進行平衡后，再安裝頂錨桿。

（3）開展支護作業。在進行支護作業的過程中，首先要用掛網充當臨時的支護，然后再利用錨桿對截割巷道進行支護，在安裝錨桿時，需要先平衡兩個側幫之后再進行掛網和裝托板的安裝固定。

在掘進機作業時，首先需要挖出一條巷道，然后再將掘進、通風、運輸、水電等設備構成一個整體。其掘進的具體流程為：施工前設備檢查→發動掘進機→進行截割作業→運輸作業→臨時支護作業→永久支護作業→設備檢修。在進行運輸作業時，需要按照從皮帶運輸機→轉載機→前刮板輸送機→后刮板輸送機的流程來進行運輸。

在進行掘進作業的過程中，主要的掘進對象為煤巷，其所涉及的設備數量較為龐大，具體的作業線路設備配置為：①懸臂式掘進機、單體錨桿鉆機、橋式轉載機、帶式輸送機、機載除塵設備。②懸臂式掘進機載錨桿機、轉載機、帶式輸送機、機載除塵設備。

1.3 高效掘進技術的應用

1.3.1 高效掘進技術的改進和實施

從上述的內容來看，在煤礦掘進的整個工作流程中存在工作環節冗長等問題，因此，該煤礦開采企業在既有的設備技術上，利用膠帶與掘進轉載膠帶進行直接的對接，取消了中間部分的刮板輸送機等設備的安裝和拆除工作，實現整個工作環節的有效縮減，降低了因設備故障而導致掘進工作低質、低效等問題。除此之外，本次煤礦掘進工作還將臨時支護和永久支護進行緊密地結合，在每掘進一定的距離后，利用單體柱配合鉸接梁的形式進行支護，隨后再進行掘進工作，如此循環往復，能夠將支護和掘進工作實現有效的平衡，從而提高掘進工作的高效和高質性。

1.3.2 實施效果

在將優化后的高效掘進技術方法進行應用后，該煤礦掘進工作在保障頂板完整性的前提下，掘進工作面每進行4.2m后，便會停止掘進工作，同時進行支護工作，在支護工作結束后，再次進行掘進工作，周而復始這種工作流程，能夠有效地有效地保障掘進工作的高效開展。在應用這種方式進行掘進工作之后，現場的相關人員逐漸熟練這種掘進方式，在兩個月的時間內，完成了300m的掘進工作量，其中，單日最高掘進工作量為20m，較傳統掘進方式總體上升了150～220m。通過對高效掘進技術的優化和改進，極大地緩解地緩解了煤礦生產銜接性不強的問題，為煤礦開采工作奠定更扎實的基礎。

2 煤礦高效掘進相關技術

2.1 掘進機超前支護快掘技術

在通常情況下，該種技術適用于因頂板遭到破壞而需要臨時支護的煤巷掘進工作中，在使用這項工藝前，就必須預先建設起一條可以支撐臨時支護的巷道，而這些臨時支護也可以布設于全煤層或半煤層的巷道中。另外，在實施斷面較小巷道路層的鑿井施工中，對單月的鑿井距離要求必須設計為600m以上，在挖掘作業時，對路面層也需要按照掘進的距離要求開展銜接力較好的挖掘作業，超前的腳手架也需要對空頂進行支撐。隨后，在錨機進行轉載的過程中，也必須對錨索進行設置，在完成整個流程后，再讓掘進機進行掘進工作，并重復上述流程，進而實現掘進機超前支護的快速挖掘循環。

2.2 雙錨掘進機快掘技術

這種掘進技術與上述掘進技術的應用范圍相似。在應用該項技術前，需要修建一條臨時煤巖道路或半煤巖巷道，在進行斷面較小的掘進作業時，單月的掘進目標設置應當在500m及以上，在掘進機向前掘進1～2排后，截割臂落地，此時，需要將2臺錨桿機分別延伸至掘進工作面的兩端，并按照對應的位置進行錨桿或錨索的安裝。而在轉載時，錨機會對沒有進行安裝的錨桿或錨索進行二次安裝。

2.3 三位一體高適應性快掘技術

這項技術應用在頂部、側幫相對平穩的中小斷面煤巷中，一般情況下，對空頂的控制范圍要求在0.5m以下。而這項掘進技術的掘進機往往也能夠應用于一次成型的全斷面挖掘工作中，而且，這項挖掘技術還具有臨時性的保護功能，一般是負責對迎頭的四支錨釘進行安裝，以便于在轉載的過程中可以進行連續性的打錨工作。

3 我國煤礦高效掘進技術的應用現狀

3.1 煤礦巷道綜合開采技術的現狀

煤礦掘進設備眾多，其具備截割、運輸等眾多的功能，功能部件又包含運輸機、裝載機等。根據不同的截割方式，可以分為水平截割和垂直截割；根據不同重量，可以將前履帶分為超輕、輕、中、重等多種類型。其具備振動幅度小、靈活性高、可持續掘進等優勢。因此，能夠適用于多種煤礦巷道的結構性破壞和維修中。但同時由于使用的速度較低，會出現掘進速度較為緩慢的情況。

3.2 連續采煤技術的應用現狀

這種技術在我國的應用起步較晚，部分煤礦開采企業通過引進國外的掘進設備，使得我國煤巷掘進設備的國產化進程不斷加快。但就實際情況而言，我國現階段擁有成熟的掘進設備生產企業較少，生產的工藝流程仍然有很大的進步空間，在生產的質量和產量上都與發達國家存在一定的差距，同時，所生產出的設備也存在相容性和可靠性低下等問題。

3.3 掘錨機組一體化技術

將掘進與錨固裝置的有效融合應用能夠提升煤巷開采的技術能力。現階段，我國的煤礦開采行業正處在技術研發的持續性時期，高效地掘進技術管理系統和現場的控制仍然存在一定的差距，因此，需要深入探索掘進與錨固裝置融合應用的技術。

3.4 全液壓鉆車掘進技術

在進行斷面較大的巖巷掘進工作中，需要事先制定一份備用的計劃，通過優化設備的小型工作流程，來滿足設備的可操作性。在應用該項技術開展掘進工作時，巖石的裝載和鉆孔效率較高，針對大型的巖石破碎，僅僅需要1h便能完成，并且能夠實現同時鉆孔70個，與傳統的設備相比，其工作的效率為傳統設備的兩倍。并且，其具備工作強度低、有效提升爆破質量等優勢。

4 煤礦巷道高效掘進技術的發展趨勢

4.1 大斷面巷道掘進技術

隨著煤礦開采規模的不斷擴大，相應的掘進設備也在不斷豐富，同時，也對路段提出了更高的要求。因此，煤礦開采企業需要加大對大斷面巷道掘進技術的研發力度。斷面的擴大不僅對巷道掘進技術的要求更高，同時，也對相應的掘進設備要求不斷提升。為了能夠實現對大斷面巷道的安全、高效地掘進，需要重視對相應設備的研發和維修工作，這樣才能不斷地優化掘進技術，保障掘進工作的質量和效率。現階段，大斷面的掘進工作主要集中在巷道中，同時，利用連續采煤機，根據掘進的位置選取合適的掘進設備。

4.2 掘錨一體化技術

該項技術的發展和應用能夠提升煤巷掘進的有效性，但就實際情況而言，部分地掘錨一體化技術并不能有效地應用在煤礦行業中，同時，也需要對該項技術進行進一步的優化和完善。該項技術在頂板遭到破壞的巷道中應用效果最明顯，其能夠幫助相關人員更好地完成頂板的安裝。若能夠對該項技術進行更好的應用，就能夠大幅提升掘進工作的效率。因此，目前，我國應當側重于對該項技術的研發，同時，也需要重視對配套設備的研發工作，進而實現提升化煤礦掘進工作的自動化水平，強化掘進工作的質量和效率。

4.3 煤巖混合巷道掘進技術

由于煤巷之間的特性具有較大的差異性，因此，研發出使用混合煤巷的掘進技術尤為重要。在大部分情況下，煤巷都會與巖石發生碰撞，需要對巖石進行處理，才能順利開展掘進進行。目前，掘進機的發展使得煤巖混合巷道掘進技術逐步向自動化和智能化的方向發展，進而降低了因混合地質等情況而造成的不確定性。此外，這項技術能夠有效地提升連續掘進的效率，在將其應用在不同的煤巷中，掘進機與其他設備的聯系更為緊密，如運輸、轉載、通風等設備。在煤炭的開采過程中，支護的應用能夠保障煤巷道的安全性和穩定性，降低對巷道的不利影響，因此，也需要提高巷道的支護能力。

4.4 連續采煤機掘進技術的發展

在社會和科學技術的不斷發展過程中，眾多自動化和智能化掘進設備被廣泛地應用在煤礦開發中，如連續掘進技術，能夠實現煤礦開采工作的自動化，而連續掘進機適用于多條煤巷的同時掘進工作，并將其實現系統化的管理和發展，該項技術歷經了從一臺設備到整套設備的變化過程，在長時間的連續技術研發和應用過程中，保障了掘進工作的有效性和質量。

4.5 高效掘進配套技術的發展

在現代化社會的發展下，我國的科技水平得到了有效的提升，煤礦企業也逐步實現了配套掘進技術的功能探索和研發，并在實際的應用中提高了掘進的效率和質量。例如，為了確保相關掘進人員的安全，可以研發出保護人員呼吸系統的相應設備，對現場的施工環境進行優化，確保人員身體的健康，提高對人員的保護能力，進而實現提升煤礦掘進工作效率和質量的目的。

5 結語

煤礦掘進技術的高效性是保障煤礦產能的重要手段，同時，也是煤礦開采企業的重點探索方向。在煤巷的掘進過程中，根據掘進的地質，可以將其分為巖石巷道和煤礦巷道的掘進。在進行煤礦巷道的掘進過程中，需要利用采煤機實現掘進速度的最大化。在對煤礦巷道掘進工作的同時，也能夠實現對煤礦資源的開采工作，能夠極大地提升煤礦開采的效率。而由于巖石的硬度較高，在對其進行破碎時的難度較大，因此，需要借助相應的巷道掘進技術，如大斷面巷道掘進技術、掘錨一體化技術等，來提升煤礦高效掘進技術的水平。