礦井巖巷快速掘進技術研究

劉浩宇

（山西潞安環能股份有限公司漳村煤礦， 山西 長治 046032）

引言

中國的煤炭采掘過程中多采用井工開采的方式，這是由煤炭處于地底較深的位置這一性質決定的。井工采掘過程中，多種形式的巷道涌現出來，根據巷道的位置，巷道可以大致分為巖巷和煤巷，處于煤層中的巷道稱為煤巷，處于巖層中的巷道稱之為巖巷。如若采掘巖巷，則不適宜選取持續的采掘機，這是因為持續采掘難以完成巷道的高效采掘，且巖石太硬，破巖需要的時間較長。通過使用持續性采煤機完成煤巷的迅速掘進，由于煤礦煤體的強度有高低之分，煤礦巷道由煤巷和巖巷組成，煤巷占比較大，然而巖巷的存在也不容忽視，所以有效提升巖巷的快速挖掘有利于提高煤礦開采的效益。綜合機械化采掘方式是巖巷采掘較為常見的方式，此外，由于使用范圍的差異，鉆爆法也被視為巖巷采掘工作中普遍采用的方式，上述的綜合機械化采掘和鉆爆法區別在于各自適用的范圍不同，因為鉆爆法使用原理和技術難度與綜合機械化采掘相比相對簡單，所以本篇文章主要對綜合機械化采掘進行分析研究，從而找到滿足巖巷迅速掘進的辦法。

1 煤礦的巖巷掘進技術探討

近年來，我國在煤礦開采、勘探、采掘等方面的發展速度已處于世界較高水平，如煤層采掘已實現機械完全化，煤礦斜井、立井的采掘能力已經處于世界前列，并且和歐洲發達國家的采煤技術距離不斷縮短，逐漸引領高水平采掘技術的潮流和風尚。然而煤礦巷道掘進技術還停留在摸索階段，通常使用的巖巷挖掘技術為大眼爆破等速度較慢的方式。

1.1 液壓鉆車巖巷掘進

對于巷道采掘而言，實現機械化、自動化的工藝過程是其實現高效采掘的首要任務。在機械化采掘過程中，不同種類的采掘機要求具有不同的作業條件。采掘作業需要裝巖機（側卸式）與液壓鉆車相結合的方式來實現。為了避免巷道采掘速度跟不上的問題，應將兩種采掘作業結合使用。裝巖機的功能是把碎毀的巖石顆粒運送到工作面的外部，其在巷道采掘過程中扮演著關鍵作用。以效率高、能在狹小空間內移動自如及裝巖能力強為主要特性的ZCD60R型號裝巖機是目前較為常見的裝巖機。裝巖機通過裝運煤礦巷道中全斷面的破碎巖石，完成在采掘施工所需清除整理的碎石任務。與此同時，將溜槽、托板裝置在裝巖機上，能夠順暢地把毀碎的石頭運輸出去，以提升煤礦巷道的掘進效益。

如下頁圖1，大多使用液壓鉆機型號為CMJ17的設備和裝巖機搭配作業。液壓鉆機型號為CMJ17的鉆機使用優勢為機械設備本身機身緊湊且較小，設備操作靈活，能夠使得巷道的全斷面采掘工作更為快速、高效。因為CMJ17 鉆機使用的是雙臂鑿巖，其鑿巖速度比較快，在通常作業情況下，采掘進尺是0.8～2.0 m/min，因此該鉆機需要配備容量較大的裝巖機進行搭配操作。通過液壓鉆機和側卸式裝巖機的搭配使用，較大程度上滿足了巖巷快速采掘的需求，且具有以下幾個優勢：第一，完成鑿巖自動化。通過使用側卸式裝巖機，很好地預防了采掘施工中可能出現的鋼絲繩斷裂的情況，采掘的安全性、效益得到大幅度提升。第二，裝巖、掘進速度快。實際結果證實，與鑿巖機（氣腿式）相比，液壓鉆車的鑿巖速度提升了三成；與耙斗式裝巖機相比，側卸式裝巖機的鑿巖速度顯著提升了兩成。第三，完成煤礦巷道全斷面的掘進。全斷面掘進技術可以使得煤礦巷道斷面一次成型率大大提高，并且斷面相對規則，為作業人員做后期支護帶來更多的便利，能夠成為一項優質發展的煤礦巷道采掘方式。

液壓鉆車采掘方法雖然已取得了較大的發展和進步，其有明顯的采掘優勢，然而液壓鉆車在運行當中還有較多的問題，比如液壓鉆車采掘方法無法實現煤礦巷道臨時支撐的需求，造成掘進作業后產生很大的空頂距離，導致作業巷道中有極大安全隱患。

1.2 氣腿式鑿巖機巖巷掘進

液壓鉆車雖然具有諸多優勢，但也存在一系列缺點，諸如難以適應地質條件，而且購買花費較高等問題。圖2 展示了氣腿式鑿巖機，該設備與耙斗裝巖機共同工作，以完成巖巷采掘工作。氣腿式鑿巖機特點和長處是：第一，各工序間的平行作業能夠同時完成，且能夠顯著提升破巖的速度和效果，提升了作業效益；第二，采掘工藝相對成熟，有很好的地質條件適應能力，掘進斷面的尺寸對其打眼、鑿巖不會造成太大影響。第三，破巖的效益總體比較高，掘進量是30～40 m3/h，處于正常作業情況。氣腿式鑿巖機在井下工作過程中移動起來也較為便捷，這是因為該設備的體積較小。

圖1 所示為液壓鉆機型號CMJ17 實圖

圖2 氣腿式鑿巖機

鑿巖機（氣腿式）盡管具有明顯的優勢，但也存在諸多缺點，其中包括機械運作中機械自動化程度較低、作業人員工作強度大、安全系數較低、沒有辦法滿足機械化裝巖要求。氣腿式鑿巖機的這些缺點制約著它掘進的速度，從而造成它的普適性比較差，只能用在煤礦采掘中的較小斷面巖巷掘進施工。

1.3 巖巷掘進的綜掘法

和上面提到的液壓鉆車和氣腿式鑿巖機這兩種比較傳統的掘進方式對比，巖巷掘進中的綜掘法擁有更完善的機械裝備，并且作業安全性和工作效率更高。在使用綜掘法對巖巷進行掘進的時候，同步利用梭車把懸臂式掘進機和帶式輸送機工作時產生的破巖裝載運輸至采掘施工作業范圍之外。通過綜掘法提升掘進工作的總體效率及施工安全，充分展示了它掘進速度快、對巷道影響小、掘進作業時震動小、能夠臨時支護巷道、自動化水平較高等技術優勢。所以綜掘法能很好地運用在斷面更大的巷道掘進中，它也將成為未來巷道掘進發展的重點技術。

與此同時，綜掘法在操作中還存在一定的技術性問題，比如針對更大巷道掘進斷面需求、機械設備運輸較為不便、巷道掘進后的巖層較為堅硬等問題。由于綜掘法的其他配備設施都比較貴，所以對技術人員的機械操作熟練程度有較高的要求。綜合以上情況，綜掘法更應該投入到巖層比較堅硬、巷道斷面大的煤礦礦井采掘作業中。

2 巖巷掘進技術發展趨勢

機械化采掘方法常常被用于巖巷采掘工作中。大體上看巖巷采掘大致劃為三種：第一，使用全液壓鉆機完成高效煤礦巖巷掘進工作。一般地質結構正常的情況，巷道掘進的每月進尺可達到幾千米以上。第二，綜掘法是大斷面采掘常用的方法，已逐漸成為巖巷高效采掘技術的潮流和趨勢，具有一系列優勢，譬如安全性能高、采掘效率高等特征。第三，氣腿式鑿巖機掘進技術使用在中小型礦井中，煤礦巷道月進尺能夠達到幾十至上百米。不同的采掘方法具有各自的優勢和特點，且在采掘過程中被同時運用。巖巷采掘鉆爆法在施工過程中具有一定的優勢，尤其在石塊碎毀時的優點尤為凸現出來，但也存在諸多安全隱患，比如爆破過程較為復雜，不確定性較強，施工過程不夠安全等問題。鉆爆法能夠使得各種不同尺寸的斷面巖巷得到順利采掘，如德國使用的鉆爆法對35 m2斷面巖巷進行采掘，有很強的地質條件適應能力。和綜掘法進行比較，鉆爆法的掘進作業比較容易、成本低，且所需要的設備較少。鉆爆法采掘、機械式采掘是巖巷采掘的兩種重要方式，其中鉆爆法通常被用于一些獨特巖巷采掘過程中；機械式采掘法被廣泛運用到實際作業過程中，應在日后大力普及和推廣。綜上，鉆爆方法的改進對于拓展其使用空間和范圍具有重要意義。