井下巷道快速掘進工藝的研究

申虎威

（長治市煤礦技術(shù)服務(wù)中心， 山西 長治 046000）

引言

隨著煤礦井下綜采作業(yè)效率的不斷提高，目前井下巷道掘進速度低下已經(jīng)成為限制綜采效率進一步提升的關(guān)鍵瓶頸。由于傳統(tǒng)巷道掘進作業(yè)過程中采用直采的掘進作業(yè)模式，掘進、支護、物料運輸無法實現(xiàn)平行作業(yè)，而且掘進過程中產(chǎn)生了大量的粉塵，導致掘進面粉塵濃度大，也限制了巷道掘進速度的進一步提升，因此如何優(yōu)化巷道掘進工藝、提升掘進作業(yè)速度便成了各個煤炭生產(chǎn)企業(yè)迫切需要研究解決的課題。

1 巷道掘進工藝的優(yōu)化

結(jié)合煤礦井下的實際情況，對巷道掘進工藝的優(yōu)化主要集中于優(yōu)化落煤方式、運煤方式及支護方式，解決落煤速度慢、支護效率低、運煤方式不連續(xù)的難題，最終提出了一種新的單向高效巷道快速掘進工藝，該工藝流程也包括落煤、煤炭裝運、煤炭清理及巷道支護等工藝流程[1]。

在煤炭落煤工序采用了智能截割控制方案，在掘進作業(yè)過程中按照升刀—打頂—進刀—割煤—拉底—升刀的方式進行，打頂時需要在最上側(cè)留下約180 mm 的圓弧過渡段，避免產(chǎn)生觸頂，在拉底的過程中需要在采煤機截割到煤層底板后退出約700 mm，將底板余煤完全裝完，整個落煤的工藝流程如圖1 所示。

煤炭裝運采用了掘錨機智能煤炭轉(zhuǎn)運的方式，當掘進時將煤炭落入到掘錨機端部的煤炭收集器內(nèi)，通過轉(zhuǎn)載機構(gòu)的連續(xù)運行將落下的煤炭逐漸傳輸?shù)睫D(zhuǎn)運輸送機內(nèi)，通過該轉(zhuǎn)運輸送機將落下的大塊煤炭傳輸?shù)骄蝈^機后側(cè)的破碎機內(nèi)進行破碎處理，破碎完成后將煤炭傳送到帶式輸送機內(nèi)，運輸?shù)矫簜}內(nèi)，實行了煤炭物料的不落地連續(xù)轉(zhuǎn)運，有效提升了物料轉(zhuǎn)運效率。

圖1 煤炭落煤工藝流程圖

清煤工序主要需要人工操控清掃設(shè)備對綜采面內(nèi)的浮煤進行清掃，確保各類綜采設(shè)備能夠正常的移動。支護主要采用了新的十臂跨騎式錨桿鉆車，能夠在巷道掘進過程中自主完成巷道支護作業(yè)，實現(xiàn)了掘進支護的并行作業(yè)，提升巷道支護效率和安全性。

2 錨桿鉆車結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

傳統(tǒng)作業(yè)過程中采用的鉆車為八臂跨騎式錨桿鉆車，并且需要由人工操控鉆車進行后排錨桿的支護，操作空間小，支護效率較低，因此在該快速掘進工藝流程中，采用了十臂跨騎式錨桿鉆車[2]，該鉆車優(yōu)化了結(jié)構(gòu)，將除塵風道轉(zhuǎn)移到了車身中部，降低了鉆車寬度，增加了在巷道內(nèi)運行的靈活性。優(yōu)化了錨鉆架的布置結(jié)構(gòu)，將6 組錨鉆架布置在鉆機前側(cè)，4組錨鉆架布置在鉆機后側(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)10 組錨鉆架的同時支護作業(yè)，實現(xiàn)一次支護成型，同時在機尾處設(shè)置了爬梯，能夠為人員通行提供通道。該鉆車的投入使用解決了傳統(tǒng)鉆車結(jié)構(gòu)體積大、無法實現(xiàn)錨護一體的難題，有效地提升了井下支護效率和運行靈活性，優(yōu)化后的錨桿鉆車結(jié)構(gòu)如下頁圖2 所示。

圖2 十臂跨騎式錨桿鉆車結(jié)構(gòu)示意圖

為了防止掘進作業(yè)過程中巷道頂部落石傷害，加強對作業(yè)和維修人員保護，在掘錨機后部與錨桿鉆車接觸的地方設(shè)置了移動式的頂棚[3]，該機構(gòu)能夠隨著掘錨機和錨桿鉆車的運行自動移動，通過液壓控制系統(tǒng)來控制頂棚的支護面積，能夠?qū)崿F(xiàn)對人工通道和檢修通道的完全防護，避免產(chǎn)生意外傷害事故，也減少了人工支護作業(yè)時間，根據(jù)分析每天約能節(jié)約60 min 的檢修前支護時間，該移動式頂棚的整體結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

3 巷道掘進面通風系統(tǒng)的優(yōu)化

由于煤礦綜采面上粉塵濃度大，導致能見度降低，不僅給煤礦井下巷道掘進安全和效率造成了較大的影響，而且還給井下作業(yè)人員的身體健康造成了極大的影響，因此需要對掘進面的通風作業(yè)方式進行優(yōu)化，提高通風除塵的能力，優(yōu)化掘進面的工作環(huán)境。在對多種通風方式進行對比后，采用了長壓短抽的方式對局部通風進行優(yōu)化[4]，在掘進面還設(shè)置了干式降塵裝置，干式降塵裝置的功率可以根據(jù)掘進面的面積進行靈活選擇，通風量不應小于900 m3/min。通過對優(yōu)化后井下掘進面的粉塵濃度分析，優(yōu)化后掘進作業(yè)過程中掘進面的粉塵質(zhì)量濃度由128.6 mg/m3降低到了 60.96 mg/m3，降低了 52.6%，通過對優(yōu)化前后巷道掘進速度的分析，優(yōu)化后巷道的日進尺由58 m 提高到了66.1 m，提升了13.9%，顯著提升了煤礦井下巷道的掘進效率和安全性，目前該新的巷道快速掘進工藝已經(jīng)在多個煤礦進行了應用，取得了極好的應用效果。

圖3 移動式頂棚結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)論

1）對巷道掘進工藝的改善主要集中于優(yōu)化落煤方式、運煤方式及支護方式，解決落煤速度慢、支護效率低、運煤方式不連續(xù)的難題；

2）十臂跨騎式錨桿鉆車通過對機身結(jié)構(gòu)優(yōu)化，解決了傳統(tǒng)鉆車結(jié)構(gòu)體積大、無法實現(xiàn)錨護一體的難題，有效地提升了井下支護效率和運行靈活性；

3）移動式頂棚能夠隨著掘錨機和錨桿鉆車的運行自動移動，每天約能節(jié)約60 min 的檢修支護時間，顯著提升了維修作業(yè)過程中人員的安全性；

4）優(yōu)化后掘進作業(yè)過程中掘進面的粉塵質(zhì)量濃度由128.6 mg/m3降低到了 60.96 mg/m3，降低了52.6%，優(yōu)化后巷道的日進尺由58 m 提高到了66.1 m，提升了13.9%，表明該快速掘進工藝具有較好的應用推廣價值。