煤礦快速掘進超前支護影響因素及提升措施分析

王龍峰

(焦作煤業(yè)集團趙固(新鄉(xiāng))能源有限責任公司，河南 新鄉(xiāng) 453600)

0 引言

從目前我國煤礦快速掘進來看，懸臂式掘進仍舊是主要的掘進方式，從掘進情況來看，整體較為靈活，適應(yīng)性也相對較強，在單巷掘進中應(yīng)用較好，但是也存在明顯的掘進和支護不能滿足實際需求的問題，特別是在超前支護過程中，隨著巷道埋深的不斷提升，巷道地質(zhì)條件的不斷復雜化，很多超前支護措施也表現(xiàn)出較強的不適應(yīng)性。因此，對煤礦快速掘進超前支護影響因素及提升措施進行分析有著較為重要的意義。

1 主要影響因素及存在的問題

從目前我國巷道快速掘進超前支護來看，在掘進過程中，選擇使用懸臂式掘進機配套單體錨桿鉆機的快速掘進方式方法較多，整個技術(shù)工藝較為簡單，掘進和支護工作相互配合提升，同時，系統(tǒng)涉及到掘進、支護、供電、供水及材料運輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)，整體屬于一個較為復雜的系統(tǒng)工程，人員、設(shè)備及技術(shù)工藝均會對整個過程產(chǎn)生較大的影響。從生產(chǎn)實際來看，在快速掘進超前支護的過程中，支護環(huán)節(jié)所占的時間超過了每個循環(huán)的1/2，掘進時間在1/4左右，準備時間和機械故障維護時間在1/5左右。因此，在快速掘進過程中，對整個工藝有較大影響的因素主要有掘進和支護。從具體工藝的使用來看，錨桿鉆機的整體性能已經(jīng)較為可靠，鉆孔效率已經(jīng)達到了瓶頸期，但是從具體掘進來看，其中仍舊存在一些問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1)國內(nèi)巷道仍舊多數(shù)采用的是拱形巷道和矩形巷道。掘進機在將斷面掘進成設(shè)計斷面時，很多情況下，不能達到一次成型的效果。一般情況下，須將設(shè)計斷面分為一個部分進行掘進。掘進機根據(jù)①—⑥的順序開展掘進施工，在將左半部分涉及的①—③環(huán)節(jié)掘進完成后，掘進機后退到④斷面的位置，機身整體向右移動，完成剩余的④—⑥環(huán)節(jié)的施工，然后再退出一定的距離，為后續(xù)的支護施工提供一定的空間，在超前支護完成后，實現(xiàn)整個作業(yè)循環(huán)的有效完成。從具體的掘進情況來看，不論是掘進機前進還是后退，均會影響到快速掘進速度，特別是在鏟煤的過程中，鏟板設(shè)計不科學均會導致掘進機需要左右擺動鏟煤的問題，這也是影響快速掘進時間的重要因素。巷道快速掘進掘一錨二施工如圖1所示。

圖1 巷道快速掘進掘一錨二施工示意圖

2)在巷道掘進過程中，現(xiàn)場降塵作業(yè)整體效果較差，特別是整體的能見度相對較低，對掘進機司機的視野帶來的負面影響明顯，影響整個掘進效果。雖然很多煤礦在快速掘進過程中選擇使用了噴霧降塵措施，但是現(xiàn)場使用效果不佳，并沒有達到有效降塵的目的。

3)隨著地質(zhì)條件的不同，在快速掘進超前支護過程中，面臨的煤層完整性和硬度有著較大的不同，但是從具體的掘進來看，掘進方式之間的差異性較小，均選擇使用懸臂式掘進機，這就導致在工作過程中，對掘進機的使用較為單一，也在一定程度上導致很多煤礦將精力放置到如何增強錨桿鉆機效率和掘進機掘進功率上，但從實際工作情況來看，這些因素往往較為有限，在達到一定程度之后，提升空間相對較小。

4)從快速掘進超前支護來看，現(xiàn)場施工人員配置情況和空間整體布局情況會直接影響快速掘進超前支護的效果。在施工過程中，并非現(xiàn)場布置人員越多越好，需要在空間和時間上實現(xiàn)科學合理的布局，才能提升快速掘進超前支護效果。同時，在現(xiàn)場施工過程中，現(xiàn)場管理人員、施工人員的整體能力和素質(zhì)水平也會影響到掘進速度，由于現(xiàn)場人員整體素質(zhì)能力參差不齊，均對快速掘進超前支護施工帶來較大影響。

2 提升煤礦快速掘進超前支護效果的措施

2.1 對快速掘進超前支護機械設(shè)備進行優(yōu)化升級

從目前我國快速掘進超前支護來看，由于選擇使用的懸臂式掘進機和單體錨桿鉆機配合使用較多，根據(jù)使用過程中出現(xiàn)的問題和不足，提升快速掘進超前支護實效可以在掘進過程中有效壓縮掘進機后退和左右移動的時間，從而為提升掘進速度增多機會。將EBZ16A型懸臂式掘進機作為具體分析對象，在掘進機機身保持不動的情況下，截割臂在切割過程中，最大范圍如圖2(a)所示，主視圖如圖2(b)所示。

(a) (b)

在對巷道斷面進行設(shè)計或者選擇使用具體機型時，應(yīng)當選擇掘進斷面一次成型的方式，防止履帶式掘進機出現(xiàn)多次后退、左右移動的問題，特別是降低二次掘進給整個巷道頂板產(chǎn)生的多次擾動問題，增強頂板工作的穩(wěn)定性。技術(shù)人員在對巷道斷面進行設(shè)計時，不能局限設(shè)計為拱形或者矩形，可以設(shè)計為四段微弧拱形的方式。此外，掘進過程中，針對鏟板存在的設(shè)計短板，為了提升掘進機拾煤效果，技術(shù)人員可以將鏟板設(shè)計為朝著巷道兩側(cè)伸縮的結(jié)構(gòu)，防止掘進過程中出現(xiàn)遺漏煤渣的問題，為整個后續(xù)支護施工提供充足的作業(yè)空間，增強掘進工作的整體速度，更好地保證超前支護的安全性。

2.2 采取高質(zhì)量的現(xiàn)場降塵措施

針對目前快速掘進超前支護中存在的降塵問題，可選擇使用刀頭噴水的方式，或者將刀頭進行封閉，將整個截割面全部封閉起來，主要作用是有效隔絕巷道和煤塵，使掘進機司機有一個更為舒適便利的工作環(huán)境，進一步提升掘進整體的速度和質(zhì)量。

2.3 采用多元化掘進方式

隨著煤礦開采深度的不斷增加，快速掘進超前支護也有著較大的不同，因此，不能選擇單一的快速掘進超前支護方式，特別是不能將支護局限在使用懸臂式掘進機上。若掘進的是煤巷，對于硬煤和軟媒應(yīng)當有一定的區(qū)別。軟媒情況下，所需的掘進功率相對較小，選擇使用的截割臂應(yīng)當小型化，對于支架鉆桿應(yīng)當選擇使用移動式支護鉆桿，從而達到快速掘進超前支護的效果。若為硬煤，可選擇使用掘錨護一體機，降低人工作業(yè)時間，若仍舊選擇使用當前掘進機，應(yīng)當增加簡易框架臨時結(jié)構(gòu)。鉆機采用懸掛定位新技術(shù)。支護鉆架采用重疊盾構(gòu)的設(shè)計，對掘進機和支架存在干涉的地方可以轉(zhuǎn)換思路為利用干涉，例如將支架作為掘進機截割斷面的輪廓限制，也可利用截割臂設(shè)計臨時挑架，作為施工人員的臨時防護結(jié)構(gòu)。此外，還應(yīng)當提升現(xiàn)場支護人員的管理實效，更好地提升現(xiàn)場施工人員的工作效果。

3 結(jié)語

巷道快速掘進屬于較為復雜的系統(tǒng)，全面提升各個環(huán)節(jié)的安全高效水平直接影響整個煤礦的掘進和支護效果。因此，需要高度重視快速掘進超前支護技術(shù)，充分結(jié)合煤礦掘進地質(zhì)的實際條件，加大技術(shù)投入力度，因礦施策、因巷施策，更好地保證煤礦掘進的安全性。