煤礦巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)及其應(yīng)用

溫 袞

（大同煤礦集團(tuán)宏泰礦山工程建設(shè)有限責(zé)任公司， 山西 大同 037003）

1 煤礦巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)

1.1 爆破技術(shù)

毫秒雷管的出現(xiàn)和工業(yè)炸藥的發(fā)展促進(jìn)了煤礦巖巷爆破技術(shù)的進(jìn)步。中深孔爆破技術(shù)由淺孔爆破演變而來(lái)，其炮眼深度在1.8m以上，該技術(shù)的單循環(huán)進(jìn)尺高，而且可以節(jié)省生產(chǎn)成本和輔助時(shí)間。目前中深孔爆破的炮眼深度大多在2 m以下，炮眼深度2.2 m以上爆破技術(shù)仍然應(yīng)用較少。掏槽技術(shù)是中深孔爆破的關(guān)鍵，煤礦巖巷掘進(jìn)主要有斜眼掏槽和直眼掏槽兩種形式。其中斜眼掏槽的面積較大且掏槽效率高，需要用到的炮眼也比較少，工作量小，但是受煤礦斷面尺寸的限制較大因而角度控制難度高。常見(jiàn)的直眼掏槽有四角柱掏槽、菱形掏槽等等，直眼掏槽可以應(yīng)用于各種煤層斷面上，操作方法簡(jiǎn)單且易于掌握，但是需要的炮眼數(shù)量較高。光面爆破技術(shù)也是重要的巖巷快速掘進(jìn)手段，該技術(shù)爆裂震裂隙較少，可以確保煤礦挖掘過(guò)程中周?chē)鷰r石的完整性，確保圍巖的穩(wěn)定性和承載能力，超挖欠挖的情況可以得到有效的控制。但是光面爆破技術(shù)無(wú)法對(duì)巖巷掘進(jìn)面周邊的質(zhì)量進(jìn)行精確控制，因而在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)了異型藥包爆破、切槽孔爆破等控制爆破的高級(jí)形式。在現(xiàn)代化機(jī)械技術(shù)的支持下我國(guó)煤礦生產(chǎn)實(shí)踐中形成了鉆爆法機(jī)械化作業(yè)線，如圖1所示，該作業(yè)線的應(yīng)用顯著提升了煤礦巖巷爆破法掘進(jìn)的效率。

1.2 巖巷支護(hù)技術(shù)

以錨桿為主導(dǎo)的聯(lián)合支護(hù)手段在目前的煤礦巖巷掘進(jìn)中較為常見(jiàn)。錨桿支護(hù)技術(shù)可以通過(guò)錨入圍巖的錨桿促使巖巷周?chē)鷰r石的力學(xué)特性發(fā)生改變，從而在巷道的周?chē)纬梢粋€(gè)相對(duì)穩(wěn)定的巖石帶，再通過(guò)錨桿和圍巖的共同影響進(jìn)行巷道的維護(hù)。錨桿支護(hù)具有適用性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣、勞動(dòng)強(qiáng)度低、維護(hù)成本小、采掘斷面少及通風(fēng)阻力降低等優(yōu)勢(shì)，但是無(wú)法預(yù)防巖巷周?chē)鷰r石的風(fēng)化，沒(méi)有辦法避免錨桿以及錨桿間隙巖石的掉落，因而在巖巷掘進(jìn)過(guò)程中結(jié)合錨噴技術(shù)以有效提升煤礦巖巷快速掘進(jìn)圍巖支護(hù)的整體效果。錨噴支護(hù)技術(shù)是近些年來(lái)應(yīng)用最普遍、發(fā)展最快的支護(hù)技術(shù)，可以有效控制巷道的變形、初級(jí)巖巷掘進(jìn)速度的加快，光面爆破與錨噴技術(shù)的結(jié)合也在一些井筒、煤倉(cāng)、巷道維修中也得到了應(yīng)用[1]。

圖1 鉆爆法機(jī)械化作業(yè)線

1.3 輸送技術(shù)

煤礦巖巷快速掘進(jìn)中輸送技術(shù)應(yīng)用具有重要的地位。膠帶輸送機(jī)可以避免傳統(tǒng)輸送方式的不安全因素，且可以同時(shí)進(jìn)行物料和矸石的輸送，輸送效率較高。此外膠帶輸送機(jī)的鋼材、電力配件的消耗較少，可以節(jié)約煤礦巖巷掘進(jìn)的成本，輸送的穩(wěn)定性較高且維護(hù)的難度較低，因而目前膠帶輸送機(jī)得到了越來(lái)越多煤礦企業(yè)的青睞。為了提高矸石轉(zhuǎn)儲(chǔ)的效率可以在膠帶輸送的中間位置搭建防護(hù)網(wǎng)，分開(kāi)矸石運(yùn)輸?shù)兰叭诵械?，將該段作為緩沖水平倉(cāng)，確保煤礦巖巷掘進(jìn)矸石高效率輸送。

1.4 綜掘法巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)

綜掘法是近二三十年內(nèi)發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的煤礦巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)，主要是通過(guò)刀盤(pán)掘進(jìn)機(jī)和懸臂掘進(jìn)機(jī)的使用實(shí)現(xiàn)煤礦巖巷的快速掘進(jìn)，掘進(jìn)機(jī)設(shè)備集裝載、切割、轉(zhuǎn)運(yùn)、降塵等功能為一體，具有連續(xù)掘進(jìn)的突出優(yōu)勢(shì)，綜掘法機(jī)械化作業(yè)線如下頁(yè)圖2所示。刀盤(pán)掘進(jìn)機(jī)在隧道掘進(jìn)中的應(yīng)用較多，但是在煤礦巖巷掘進(jìn)中的應(yīng)用效果沒(méi)有懸臂式掘進(jìn)機(jī)突出，因而懸臂式掘進(jìn)機(jī)作業(yè)是綜掘法煤礦巖巷快速掘進(jìn)的主要形式。懸臂式掘進(jìn)機(jī)作業(yè)線由主機(jī)和其他配套設(shè)備組成，包括懸臂式掘進(jìn)機(jī)、除塵系統(tǒng)、帶式輸送機(jī)、橋式轉(zhuǎn)載機(jī)以及機(jī)載錨桿鉆機(jī)等。利用綜掘法進(jìn)行煤礦巖巷的掘進(jìn)可以將切割后的巖石利用轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)輸送至掘進(jìn)機(jī)的尾部將其卸下，再利用輸送機(jī)、梭車(chē)等將破碎的巖石運(yùn)走。但是綜掘法也存在適應(yīng)性不強(qiáng)、對(duì)環(huán)境要求高、工作面除塵效率低下、配件可靠性及自動(dòng)化程度不高等問(wèn)題。

圖2 綜掘法機(jī)械化作業(yè)線

2 煤礦巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)用

2.1 液壓鉆車(chē)配側(cè)卸裝巖機(jī)的挖進(jìn)作業(yè)

煤礦巖巷掘進(jìn)中ZCD60R型的側(cè)卸裝巖機(jī)較為常見(jiàn)，該設(shè)備的技術(shù)生產(chǎn)率及裝載功能都比較出色。在巖巷掘進(jìn)作業(yè)中，側(cè)卸裝巖機(jī)采取全斷面的裝載形式，省去了工作面巖石的清理作業(yè)。而對(duì)于溜槽、托板較多的物料則可以采取直接運(yùn)輸?shù)姆绞剑部梢员ＷC較高的操作效率。液壓鉆車(chē)的型號(hào)以CMJ17較為常見(jiàn)，該類(lèi)型鉆車(chē)的操作靈活性較高，且機(jī)身較小結(jié)構(gòu)緊湊，對(duì)煤礦巖巷的地板、工作面以及頂板都可以進(jìn)行鑿巖作業(yè)。CMJ17型液壓鉆車(chē)往往采取雙臂鑿巖的形式，鑿巖速度可以達(dá)到2.0 m/min，工作效率較高。

除了合理的機(jī)械選型之外，配套的作業(yè)線也是掘進(jìn)作業(yè)效率的重要保障。液壓鉆車(chē)與側(cè)卸裝巖機(jī)配套作業(yè)線的優(yōu)勢(shì)主要有四點(diǎn)：一是巖巷掘進(jìn)效率較高。氣腿式鑿巖機(jī)在大斷面巖巷中需要耗費(fèi)200 min的時(shí)間鑿出70個(gè)炮眼，而液壓鉆車(chē)僅需60 min就可以鑿70個(gè)炮眼。此外相較于普通的耙斗裝巖機(jī)，側(cè)卸裝巖機(jī)工作效率是其3倍左右。二是作業(yè)強(qiáng)度較低。利用液壓鉆車(chē)配側(cè)卸裝巖機(jī)作業(yè)線進(jìn)行巖巷掘進(jìn)時(shí)，技術(shù)操作在一定程度上減少了人工的操作。三是安全性較高。不需要人工對(duì)掘進(jìn)工作面鉆眼，側(cè)卸裝巖機(jī)取代原有的耙斗裝巖機(jī)可以避免斷繩以及鋼絲繩甩動(dòng)情況的出現(xiàn)。四是巷道成型質(zhì)量可以保證。該套作業(yè)線可以對(duì)炮眼方向進(jìn)行有效的控制，斷面輪廓較為規(guī)整，巷道成型質(zhì)量較高，但是容易出現(xiàn)支護(hù)困難的情況，進(jìn)而對(duì)機(jī)械的應(yīng)用性能造成制約[2]。

2.2 氣腿式鑿巖機(jī)配耙斗裝巖機(jī)的掘進(jìn)作業(yè)

氣腿式鑿巖機(jī)以及耙斗裝巖機(jī)在中小型煤礦中的應(yīng)用較多，其優(yōu)勢(shì)也十分明顯。首先，該種掘進(jìn)作業(yè)方式的工藝性較強(qiáng)，打眼以及裝巖等工序受斷面尺寸的影響不明顯，可以直接實(shí)施平行作業(yè)。其次，這種掘進(jìn)作業(yè)方式的生產(chǎn)效率也比較高，可以達(dá)到30～40 m3/h。但也存在一定的弊端，包括人員勞動(dòng)強(qiáng)度高、危險(xiǎn)性大、機(jī)械化水平低以及工作條件差等等。

2.3 懸臂式掘進(jìn)機(jī)配帶式或梭車(chē)輸送機(jī)的掘進(jìn)作業(yè)

煤礦巖巷掘進(jìn)中采用綜掘法需要應(yīng)用到懸臂式掘進(jìn)機(jī)、帶式輸送機(jī)以及梭車(chē)等配套設(shè)備，自動(dòng)化水平較高，掘進(jìn)速度相對(duì)來(lái)說(shuō)也更快，并且不會(huì)對(duì)圍巖造成過(guò)大的擾動(dòng)，但也存在一定的弊端，例如機(jī)械操作難度較高，適應(yīng)能力較差等，僅適用于巖石普氏系數(shù)大于8且地質(zhì)條件簡(jiǎn)單且斷面較大的巖巷中。

3 結(jié)語(yǔ)

煤礦巖巷掘進(jìn)作業(yè)是工程量較大的系統(tǒng)性工程，其掘進(jìn)技術(shù)的合理選擇至關(guān)重要。為了提高煤礦巖巷的掘進(jìn)速率，需做好施工前期的實(shí)地考察，明確巖巷快速掘進(jìn)的影響因素，制定針對(duì)性的掘進(jìn)技術(shù)管理和安全管理措施，實(shí)施科學(xué)的施工組織，通過(guò)技術(shù)的創(chuàng)新與優(yōu)化促進(jìn)巖巷掘進(jìn)速度和質(zhì)量的提升。

[1] 符如康.煤礦綜采綜掘設(shè)備智能感知與控制技術(shù)研究及展望[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2017（9）：72-78.

[2] 李闖.錨網(wǎng)索支護(hù)工藝在“三軟”突出煤層煤巷掘進(jìn)中的探索與應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2017（13）：118-119.