煤礦井下巷道快速掘進技術的研究

（山西蒲縣華勝煤業有限公司 山西 041206）

隨著我國對工業的發展，人們的采礦量增加，伴隨而來的是井下巷道掘進工程量的提升，因此對井下巷道掘進工作開展效率要求也有所提高。但是我國巷道掘進工作技術中還存在一定的局限性，對巷道掘進效率和質量不利。下面就對煤礦生產中巖巷掘進問題進行探討。

1.快速掘進技術介紹

煤礦井下巷道快速掘進技術在煤礦開采工作中占有重要地位，是一項非常重要的技術。目前我國煤礦井下巷道快速掘進技術的主要工藝流程主要包括五個內容，其中采煤機姿態調整和巷道斷面截割是其中比較關鍵的項目。因為這兩項工作開展的好壞會對掘進作業速度和質量產生很大影響。所以，必須深入研究以掘進機姿態監測、糾偏及巷道斷面自動成型這兩個方面的技術應用[1]。與此同時，掘進機作為掘進工作開展的主力，其事故發生率也會對掘進效率產生影響，因此還應該重視掘進機故障自動監測技術研究，通過深入研究來發現問題和解決問題，或創造出更佳的掘進技術。

(1)采煤機位姿糾偏技術

掘進機的掘進位姿檢測與糾偏技術的作用原理可以簡單概述為：通過使用大量傳感器設備來實現對掘進機的狀況的實時監測，并使用組合定位算法和慣性導航位姿解算方法來對檢測的數據進行計算，以便根據計算結果確認掘進機的實時工作狀態。但是實際工作中，糾偏方案的制定需要根據實際情況來進行確定。因為煤礦井下巷道的地質環境具有復雜性，因此在巷道開展掘進作業時會受到很多因素的影響，使得其位姿呈現出不斷變化的現象，不能滿足巷道掘進的一致性要求[2]。雖然目前已經在掘進中使用了用機器視覺定位、超聲波定位、激光定位等多種技術，但是這些技術單個應用的過程中很容易受到各種因素干擾，與實際工作開展的快速與精確等要求不符。所以研究開發出了多種技術組織應用的方法和糾偏方案，這種系統中不僅包括了之前單一的技術，還將捷聯慣性導航定位技術應用其中，在系統中設置了四個移動式捷聯慣導定位基站和四個固定式捷聯慣導定位基站，實現了整體定位糾偏。在實際應用中，可以通過對掘進機的運動相對變化量來得到掘進機工作中的位姿變化，然后與激光測距設備來聯合使用，確定掘進機模塊坐標值，進而實現對掘進機位姿的確定。

(2)巷道自動截割成型技術

煤礦井下巷道結構截割軌跡不同，形成的巷道成型結果也不同。目前最常用的軌跡路徑是“S”形。具體掘進作業時，截割系統會第一時間讀取掘進機的絕對位姿，然后依據捷聯慣導原理計算出掘進機截割機構與巷道的相對位置坐標，再設定截割切入點，并按照之前設置好的截割路徑開展自動成型作業。斷面自動成型應用主要涉及到三種技術，這三種技術主要包括：分析斷面成型誤差、自適應截割控制及截割軌跡跟蹤[3]。通過三者的綜合應用，最終實現斷面自動成型截割。掘進技術應用過程中截割作業過程不僅包括截割作業本身，還包括掃底、刷幫等作業。

(3)掘進機的故障監測技術

掘進機的故障監測技術的具體應用過程就是自適應診斷的過程，診斷的內容涵蓋范圍很廣。實際操作中需要依靠系統內部設置的隔離傳感器來實現對截割轉速、截割電流及位姿狀態等各類運行狀態信息的監控和對比，及時了解掘進機的即時運行狀態，然后按照運行狀況的不同來進行系統自動檢測及報警。如果參數超出既定設置范圍5秒后，就能進行故障報警和數據原因分析。

2.目前巷道快速掘進技術應用中存在的問題

(1)機械化裝備水平低

我國的巷道作業主要分為兩類：一類是包括打眼、裝巖、轉載、運輸等環節在內的高檔機械化作業線。這些環節的高檔之處，就在于這些環節基本實現了機械化配套，或者使用的工具和設備具有高效的特點；另一類則是包括采用機械化裝載、運輸，且打眼、噴漿等機械自動化水平較低的普同型機械化作業線，這些環節往往還使用人工作業，且具有勞動強度大、耗時長且效率低等特點。與此同時，我國井下巷道作業中很多單位都使用單軌絞車運輸，需要絞車摘掛鉤工來進行作業，提升了作業危險性。同時還存在矸石運輸困難的問題，整體運輸操作較為復雜，且效率低下，影響掘進效率。

(2)巷道支護技術不足

首先，巷道支護技術眾多，但是都具有其缺點，其中綜合應用效果較好的錨噴支護在巷道掘進中被廣泛應用。但是缺點也很明顯，其缺點包括打錨桿速度不快、巷道內噴漿速度慢、整體支護效果不佳等。這些缺點會影響巷道掘進平行作業效率和掘進速度等。

(3)爆破技術較差

目前我國煤礦井下巷道快速掘進技術應用中存在一個問題，就是爆破過程中自由面少、且爆破技術差。且我國巷道爆破管理中還存在很大的問題，常常出現少打眼、亂放炮的問題，加上作業時炮眼面臨的夾制力問題，可以直接引發炮眼利用率低、成型質量差、圍巖松動破壞嚴重等不良后果。

3.煤礦井下巷道高效掘進的有效措施

(1)重視地質預測工作

對于煤礦井下巷道而言，不管是什么材質或類型的巷道，都具有地質條件復雜的特點。一旦地質預測預檢工作開展不到位，盲目地進行開采，就可能在掘進過程中出現斷層及構造帶等問題，在影響施工進度的同時，影響施工安全。因此必須重視地質預測工作的開展。在巷道掘進前利用三維物探、鉆探等先進科學方式對巷道的地質條件進行探查，掌握巷道地質條件，明確掘進過程中可能出現的問題，以便做到心中有數，提前有針對性地采取應對措施、準備對應的工具和設備，為巷道的連續施工、快速掘進奠定基礎。

(2)重視運輸系統建設，提升排矸速度

實際工作中，一旦出現礦車排矸運輸速度慢的問題，肯定會對巖巷掘進速度產生影響，甚至可能產生安全隱患。所以重視排矸運輸系統建設，提升排矸速度非常有必要。建設人員可以通過將礦車運輸改為皮帶機鏈板機系統運輸或者使用皮帶機系統和梭車集中運輸等方式來提升運輸效率。

(3)提升爆破效果

爆破效果會對巷道快速掘進效率和質量產生應用，因此必須重視爆破工作的開展，通過采用中深孔爆破、多循環作業等形式來改善爆破效果，進而提升高循環進尺和炮眼利用率。

首先，在巖巷掘進中使用風鉆鉆爆破眼技術。這種技術的應用重點則是在每個掘進頭中設置5到6臺風鉆，且保持風鉆鉆眼深度在2m到2.2m之間。鉆研施工時必須保證相關責任制落實到位，且需要確定中腰線位置，并根據中腰線的位置來進行具體的鉆眼輪廓和鉆眼位置確定。同時在鉆眼工作開展后，必須把握鉆眼的位置的準確性及各眼位的平齊、垂直性，為確保爆破后作業面的垂直性和整齊性奠定基礎。同時按照巖石硬度的不同來調整爆破圖表，這個過程中還必須重視鉆眼裝藥量。然后進行施工方案、程序及效果的研究和確定，以保證巷道的成形效率和質量。

其次，煤巷的掘進措施。煤巷掘進作業必須考慮作業的安全性，一般而言，將迎頭炮眼深度進行控制，并保持底部眼、掏槽眼、兩幫及中部炮眼的深度為2m，同時頂部炮眼的深度是0.7m。在放炮工作完成之后，把第一個棚架設在0.7m處。

最后，創新爆破工藝。進一步根據巷道特點來進行爆破技術研究，深入探索對應條件下爆破工作開展的最佳參數組合，在保證爆破作業安全進行的前提下開展爆破技術創新工作。

(4)提升設備運轉率及使用壽命

掘進設備是掘進工作開展的基礎，因此設法提升設備運轉率，延長設備使用壽命顯得非常重要。實際工作中提升和延長措施一般包括兩個方面：首先，安排專門的人員做好對掘進設備的日常點檢和維護工作。使其運行期間始終處于良好的狀態，避免設備帶病作業的情況發生。在保證設備運轉率的同時延長設備的使用壽命；其次，制定設備維護管理制度，組織設備維護管理培訓，提升相關人員的服務意識、維護管理意識和責任心。

(5)加強巖巷綜掘粉塵治理

在巖巷掘進技術應用中，粉塵治理又是一項重要內容，一旦處理不到位就會出現粉塵濃度過高的問題。若被巷道內作業人員吸入身體內部，產生塵肺等職業病或中毒情況，會影響其身心健康。因此必須采取措施來對粉塵進行治理。首先，在工作空間內安裝噴霧壓力≥5MPa的高壓防塵供水系統，同時要求噴霧系統噴霧過程要經過一百二十目的過濾器過濾；其次，在水幕前方設置大于多于兩組正壓防塵面罩，同時保證經過油水、活性炭、精細等三層設備系統過濾。作為巷道作業者，司機也需要佩戴防塵面罩等。無關人員嚴禁到降塵水幕之內的范圍；最后，在巷道內部的工作轉載點及卸載點設置擋塵罩或噴淋設施等設置防塵、隔爆設施。

4.結語

總而言之，煤礦井下巷道快速掘進技術是煤礦開采行業的一個重要技術，對于煤礦開采而言具有重要意義。因此相關企業和人員不僅要重視煤礦井下巷道快速掘進技術研究，及時發現技術中存在的問題，并采取措施進行預防。同時還要積極探索研究創新，研發新的技術類別，實現技術的創新，保證礦井生產的效率。