煤礦巷道掘進(jìn)工藝的優(yōu)化策略

＊賈曉軒

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉華宮礦 山西 037000）

引言

煤礦開采中巷道掘進(jìn)施工屬于必要的施工環(huán)節(jié)，可為資源開采工作提供一定的便利。但根據(jù)煤礦資源分布規(guī)律的不同，巷道內(nèi)部的地質(zhì)條件也存在較大的差異，致使掘進(jìn)施工需要面臨十分復(fù)雜的作業(yè)條件。在具體施工中，需要采取人工交互的作業(yè)措施方能保障整體作業(yè)效果以及作業(yè)效率，但由于巷道地質(zhì)條件存在復(fù)雜多變的特性，在選擇掘進(jìn)工藝時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇適用性較強(qiáng)的掘進(jìn)方法。目前的掘進(jìn)工藝很難適應(yīng)復(fù)雜的巷道掘進(jìn)要求。因此，急需針對(duì)巷道掘進(jìn)工藝的優(yōu)化策略展開研究，以期為煤礦開采工作打下良好的基礎(chǔ)。

1.常見的巷道掘進(jìn)方法

(1)綜合機(jī)械掘進(jìn)法

綜合機(jī)械掘進(jìn)手段指的是根據(jù)巷道掘進(jìn)施工要求以及巷道地質(zhì)條件，對(duì)機(jī)械掘進(jìn)設(shè)備進(jìn)行綜合選擇與應(yīng)用的一種掘進(jìn)方法。常用的機(jī)械包括輸送機(jī)、鉆機(jī)、掘進(jìn)機(jī)以及通風(fēng)除塵設(shè)備和供電系統(tǒng)等。其中的掘進(jìn)機(jī)通常會(huì)選擇單臂掘進(jìn)機(jī)（見圖1）。掘進(jìn)機(jī)作為掘進(jìn)施工中的主要設(shè)備，是保障巷道掘進(jìn)效率的關(guān)鍵。因此，在選擇掘進(jìn)機(jī)時(shí)應(yīng)對(duì)巷道作業(yè)條件進(jìn)行綜合考量，選擇型號(hào)和規(guī)格符合施工要求的掘進(jìn)機(jī)。我國(guó)目前自主研發(fā)和生產(chǎn)的掘進(jìn)機(jī)設(shè)備功能基本能夠滿足現(xiàn)階段的巷道掘進(jìn)要求[1]。

圖1 單臂掘進(jìn)機(jī)

(2)連續(xù)采煤掘進(jìn)法

該種掘進(jìn)方法主要適用于基巖為煤炭的巷道工程，主要是借助連續(xù)采煤機(jī)進(jìn)行巷道掘進(jìn)，在掘進(jìn)巷道的同時(shí)，還能完成對(duì)煤炭資源的開采和運(yùn)輸工作。連續(xù)采煤作業(yè)手段充分發(fā)揮了連續(xù)采煤機(jī)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道的高效掘進(jìn)，還能同時(shí)完成煤炭開采、裝運(yùn)和采落煤等工作，有效提升了煤礦開采的整體效率。

(3)掘錨一體化掘進(jìn)作業(yè)方法

指的是通過對(duì)連續(xù)采煤機(jī)、掘錨機(jī)組和懸臂式挖掘機(jī)進(jìn)行組合來(lái)實(shí)現(xiàn)高效掘進(jìn)與連續(xù)開采的作業(yè)形式。其主要作業(yè)優(yōu)勢(shì)在于能夠保障巷道掘進(jìn)工作與采煤工作的同期進(jìn)行，進(jìn)一步提升作業(yè)效率。此外，還能及時(shí)錨固巷道結(jié)構(gòu)，提高巷道結(jié)構(gòu)的安全性，為后續(xù)的煤礦開采工作創(chuàng)造良好的作業(yè)條件。

2.巷道掘進(jìn)工藝的優(yōu)化策略

(1)技術(shù)優(yōu)化

光爆技術(shù)與錨噴技術(shù)的有效結(jié)合。在前期所采取的巷道掘進(jìn)技術(shù)中所產(chǎn)生的巷道壁面不夠光滑，這為巷道結(jié)構(gòu)的支護(hù)帶來(lái)了一定的難度，往往需要對(duì)其進(jìn)行鏟平處理后再進(jìn)行錨固施工，達(dá)成穩(wěn)固巷道結(jié)構(gòu)的目標(biāo)。但此種作業(yè)手段會(huì)增加不必要的施工成本，同時(shí)掘進(jìn)施工的效率也難以保障。基于此類問題，可以優(yōu)先選擇光爆技術(shù)，充分發(fā)揮光面爆破技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，降低炸藥使用率的同時(shí)，提高爆破面的平整度，這既可減少資源浪費(fèi)，也可省去一個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)。實(shí)踐證明，采取光面爆破技術(shù)后所形成的巷道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更強(qiáng)，且其圍巖的承載能力更強(qiáng)。而在與錨噴技術(shù)結(jié)合之后，插入錨桿后的圍巖結(jié)構(gòu)受力情況將發(fā)生改變，在錨桿的作用下，產(chǎn)生更強(qiáng)的荷載力，可在一定程度上提升巷道結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性（錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)見圖2）。目前已經(jīng)有很多煤礦企業(yè)采用了光爆與錨噴技術(shù)融合的掘進(jìn)手段，取得了較好的應(yīng)用成果，因此，在后期的開采工作中，可根據(jù)巷道地質(zhì)條件合理選擇此種掘進(jìn)工藝，保障掘進(jìn)效率的同時(shí)，降低掘進(jìn)施工成本[2]。

圖2 錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)

(2)爆破技術(shù)優(yōu)化

爆破施工是巷道施工中的常用作業(yè)手段，在爆破施工前需對(duì)巷道區(qū)域的地質(zhì)條件進(jìn)行全面勘察，結(jié)合巷道地質(zhì)和地層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)合理設(shè)置爆破孔，科學(xué)控制炸藥用量。結(jié)合前期的爆破施工經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)置爆破孔時(shí)可以遵循抓兩頭帶中間的設(shè)置原則，采取此種布孔方式可以進(jìn)一步提升各個(gè)炮孔的利用率，且能夠最大程度的掘進(jìn)巷道，對(duì)于提升巷道掘進(jìn)效率具有積極作用。對(duì)于巖層結(jié)構(gòu)的巷道來(lái)說，進(jìn)行爆破施工前，應(yīng)采用風(fēng)鉆的手段進(jìn)行成孔作業(yè)，且保障孔洞的深度在2.2m左右。除此之外，施工中還要做好如下幾點(diǎn)工作：①施工人員需要嚴(yán)格按照鉆孔施工要求規(guī)范作業(yè)，不得存在違規(guī)操作的現(xiàn)象；②鉆孔過程中需要控制風(fēng)鉆的垂直度，應(yīng)使其始終保持在同一中線上；③每個(gè)鉆孔均應(yīng)與周邊的鉆孔呈現(xiàn)同一水平線，保障爆破后的工作面為平整狀態(tài)；④對(duì)每個(gè)鉆孔中的炸藥用量進(jìn)行精確控制，減少資源浪費(fèi)問題，并避免出現(xiàn)過度爆破的現(xiàn)象；⑤最重要的一點(diǎn)是在爆破施工前應(yīng)對(duì)巷道土質(zhì)條件進(jìn)行全面勘察，根據(jù)勘察結(jié)果科學(xué)設(shè)計(jì)爆破施工方案，使其能夠盡量滿足巷道掘進(jìn)的作業(yè)要求。

(3)作業(yè)工序優(yōu)化

從前期的巷道掘進(jìn)工程來(lái)看，在進(jìn)行巷道支護(hù)時(shí)的作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)，一般占巷道工程的50%左右，如果一直采取常規(guī)的作業(yè)手段則很難提升煤礦開采的效率。基于此，可結(jié)合當(dāng)前的煤礦開采要求以及巷道掘進(jìn)施工要求，對(duì)巷道掘進(jìn)的作業(yè)工序進(jìn)一步優(yōu)化，鑒于支護(hù)施工的時(shí)間占比較大，可以采取多個(gè)工序同期作業(yè)的手段有效縮短巷道掘進(jìn)施工的作業(yè)時(shí)長(zhǎng)。主要方法為，首先在巷道頂板和頂角位置先設(shè)置支護(hù)錨桿，先對(duì)一些容易失穩(wěn)的部位進(jìn)行錨固，在后續(xù)的掘進(jìn)作業(yè)中可邊掘進(jìn)邊設(shè)置錨桿對(duì)巷道結(jié)構(gòu)進(jìn)行及時(shí)加固，這既可提高巷道結(jié)構(gòu)掘進(jìn)的效率，也能同期保障結(jié)構(gòu)安全。此外，錨桿的設(shè)置不會(huì)對(duì)掘進(jìn)機(jī)的作業(yè)產(chǎn)生直接影響，可有效縮短掘進(jìn)施工的時(shí)間，在支護(hù)作業(yè)的同時(shí)也可對(duì)掘進(jìn)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和檢修，省去了大量的作業(yè)時(shí)間。

(4)施工優(yōu)化

①施工組織優(yōu)化

為了進(jìn)一步提升巷道掘進(jìn)效率，在實(shí)際施工前，應(yīng)結(jié)合巷道施工的基本作業(yè)要求對(duì)組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效優(yōu)化，落實(shí)工作責(zé)任到班組和個(gè)人，全面提升巷道掘進(jìn)的整體作業(yè)水平，增強(qiáng)各個(gè)部門的組織協(xié)調(diào)能力。如生產(chǎn)班組需要主要負(fù)責(zé)進(jìn)行材料制備、設(shè)備準(zhǔn)備、管路設(shè)置等工作；運(yùn)輸班組則需要負(fù)責(zé)完成對(duì)各類用料和設(shè)備的運(yùn)輸工作，為前面的施工隊(duì)伍提供可靠的物料和設(shè)備支持；檢修班組主要負(fù)責(zé)定期對(duì)生產(chǎn)和施工設(shè)備進(jìn)行全面檢修和維護(hù)，保障設(shè)備的整體應(yīng)用性能。總之，就是將具體的生產(chǎn)責(zé)任和施工責(zé)任落實(shí)到各個(gè)班組，保障各個(gè)班組的密切配合，使掘進(jìn)施工作業(yè)能夠得到順利開展。

②施工安排優(yōu)化

掘進(jìn)施工中掘進(jìn)機(jī)設(shè)備屬于主要施工設(shè)備，在掘進(jìn)施工中需以掘進(jìn)機(jī)為主，其他設(shè)備為輔，通過多種設(shè)備的密切配合來(lái)提高掘進(jìn)的效率。因此，建議相關(guān)的作業(yè)人員在操作具體的掘進(jìn)施工前，能夠根據(jù)巷道施工要求，對(duì)各類設(shè)備的入場(chǎng)順序進(jìn)行合理安排，并且做好設(shè)備調(diào)試和維護(hù)工作，爭(zhēng)取在投入施工中能夠良好的發(fā)揮設(shè)備作業(yè)，提高人工交互作業(yè)的可靠性，達(dá)成更好的掘進(jìn)作業(yè)效果。

3.結(jié)語(yǔ)

煤炭作為重要的生產(chǎn)能源之一，其開采效率將對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的整體發(fā)展水平帶來(lái)一定影響，而巷道掘進(jìn)施工作為主要的作業(yè)環(huán)節(jié)，是影響煤礦開采的關(guān)鍵。為此，在今后的開采作業(yè)中應(yīng)科學(xué)優(yōu)化掘進(jìn)工藝，爭(zhēng)取縮短巷道掘進(jìn)時(shí)間，并保障巷道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為煤礦開采工作營(yíng)造良好的開采條件。尤其是面臨較為復(fù)雜的巷道工程時(shí)，需要結(jié)合工程實(shí)際，科學(xué)選擇掘進(jìn)手段，保障巷道掘進(jìn)施工的可靠性。我國(guó)目前已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了掘進(jìn)工藝選擇對(duì)煤礦行業(yè)發(fā)展的重要影響，前期所施行的掘進(jìn)工藝也發(fā)揮了較好的應(yīng)用成果，但為了進(jìn)一步提高采煤效率，在今后還需加強(qiáng)對(duì)掘進(jìn)工藝的研究。