煤矿岩巷快速掘进技术的探讨

煤矿岩巷快速掘进技术的探讨

摘要：随着煤矿开采强度的增加，采掘接替紧张问题已经成为限制煤炭产量进一步提升的关键。要想缓解采掘接替紧张的问题，就要实现巷道的快速掘进。煤巷快速掘进问题已经解决了，但岩巷的快速掘进仍是难点。

关键词：煤矿岩巷；快速掘进；技术；探索

引言

矿产行业由于技术进步，发展方式发生了转变，煤矿开采由于更多的新技术应用，岩巷快速掘进技术得以提升，保证了岩巷快速掘进的综合效益。但是由于受到多种因素的影响，岩巷快速掘进还需要解决多种问题，为此，矿山企业要从多方面入手，采取有效措施，全面提高岩巷快速掘进技术水平，以提升开采的综合效益。

1 岩巷快速掘进技术的应用现状

1.1煤矿深部开采技术

当前国内经济还处于高速增长中，矿产资源的需求量也在不断增加，但是部分矿产品现有储量不足，深部开采技术可以解决提升矿产资源的利用率。在国内的开采技术发展中，煤矿深部开采技术还相对落后，开采技术还有多方面的关键技术需要完善。由于煤矿深度开采具有一定特殊性和不确定性，所以开采条件比较复杂性，在开采的过程中容易受到多种不利因素的影响，从而产生多方面的技术问题。比如：深井开采中会存在矿震的影响，还会发生地压冲击等多种灾害性质的事故。所以技术开发中考虑到提升技术应用的可靠性。

1.2煤矿支护技术

在煤矿开采过程中，为了确保安全，开采工作需要依据计划、按照设计好的顺序来组织实施的。由于煤矿岩巷快速掘进技术的快速发展，煤矿支护技术也同步实现了发展，比如当前煤矿开采中应用的锚网索喷注技术，应用于煤矿支护效果较好。这项技术主要由锚杆、锚索主动支护，注浆滞后充填裂隙加固围岩，这类支护技术当前已被广泛应用于煤矿的岩巷快速掘进中，并且取得了较好的效果。新型的煤矿支护技术可以保证煤矿岩巷快速掘进开采的安全，控制安全事故，也有利于提高矿产企业的经济效益。

2 煤矿开采引入岩巷掘进技术

2.1煤矿掘进技术

2.1.1岩巷快速掘进技术种类多

针对矿产资源的开采，由于技术的发展，产生出多种岩巷快速掘进方法，不同方法与适用条件和适用区域存在一定的差异。在煤矿岩巷快速掘进中，岩体加工技术的应用体现出多方面的优势。应用此类技术有助于保证开采中岩体处于相关稳定状态，开采过程的安全性得以保证。在实际开采中，锚杆支护仅局限于对岩石表层的加固，作用范围较小，而锚索的应用可以直接将作用力传递到岩层的深层，可以更大的范围内对岩体实现加固，在开采中顶板与围岩的稳定性得以保证，人员的安全性得以提升。

2.1.2煤矿岩巷掘进内容复杂 煤矿岩巷快速掘进不同于露天岩巷快速掘进，煤矿岩巷快速掘进存在多种不安全因素，另外由于开采空间的不便，开采效率与露天开采存在一定的差距，因此在煤矿开采中要借助可靠安全设施来保证开采中人员的安全。此外煤矿开采还会到作业空间小的影响，工作效率受到直接影响，因此煤矿岩巷快速掘进技术的应用要结合保障措施。岩巷快速掘进技术的应用不仅要确保开采安全，还要发挥技术的优势提升岩巷快速掘进效率。

2.1.3岩巷快速掘进技术处于快速发展中

当前，由于各项技术的快速发展，新技术的应用领域在不断扩大，煤矿岩巷快速掘进也产生了多种新技术，借助新技术，不仅有可以提升开采的作业效率，还有助于提升资源的综合利用率，还有利于保护环境，消除安全风险。矿山企业要结合煤矿开采的特点，注重新技术的开发和引进，以提升综合效益。

2.2煤矿开采应用的岩巷快速掘进技术在朱仙庄煤矿的应用

安徽省淮北矿业股份有限责任公司朱仙庄煤矿，目前正全力以赴对88采区的开拓巷道进行快速掘进施工。

由淮北矿业有限责任公司工程处朱仙庄矿建工区，施工的88采区运输大巷（N）及里段车场全长808.626 m，深-416.0 m～-393.6 m，施工坡度8.5‰上坡，巷道顶板岩性主要以泥岩、砂岩为主，局部砂泥岩互层。88采区运输大巷（N）及里段车场设计层位在8煤底板以下61.7m～67 m之间。该巷道根据已揭露的地质资料及三维地震资料综合分析，该巷道明显无构造，巷道施工时可能受伴生小断层的影响。88运输大巷（N）及里段车场上距 “四含”最小距离210m，上距 “五含”最小距离42m，巷高4m，安全隔水岩柱大于10倍巷道高度。按安全隔水岩柱计算符合《煤矿防治水规定》附录三第五条规定，综上所述，该巷施工主要受煤系地层砂岩裂隙水影响，施工期间做好水情观测、完善排水系统，确保巷道安全施工。

可能受DFX4正断层（倾向90°～100°，倾角60°～70°，落差33 m）影响。在断层附近距8煤层底板最小法距8.7 m。断层的落差较大，巷道施工时可能受伴生小断层的影响。根据巷道施工层位及附近地质资料分析，对该巷施工有影响的充水水源有：（1）“五含”水；（2）煤系地层砂岩裂隙水；（3）钻孔水；（4）断层导水。

88采区运输大巷（N）及里段车场采用综掘破岩施工，主要由1台EBZ-260H型掘锚护一体机截割破岩并自行装矸，巷道掘进过程中安设1 台DSJ100/63/2×75型胶带输送机负责矸石的运输，并在巷道内施工平矸石仓用于矸石的临时储存，矸石通过耙矸机运送至矿车。巷道断面为直墙半圆拱形巷道，掘进宽度5.2 m，掘进巷高4.1m，全断面采用锚网索支护。巷道断面及支护情况如图1所示。

2.2.1巷道施工组织方式

2.2.1.1管理方式

传统形式下综掘施工队伍，机电与掘进队伍分离，各自由各自领导安排每日工作。这种管理模式下，由于掘进队伍只管掘进，经常使综掘设备“带病”作业，采用“拼设备”的方式换取进尺。另外其对机电设备性能认识薄弱，对与机电设备维护工作配合度不够，最终造成机电设备频繁出现故障，对生产工作造成较大的影响，且每次影响时间较长。机电与掘进队伍相互埋怨，彼此认为对方工作不到位造成较大影响。

而现代化综掘队伍采用机电-掘进一体化管理，通过培养全能型班队领导干部，让精通掘进施工的班队长逐步了解机电设备的运行与维护，确保其在日常的工作安排中能兼顾掘进与机电之间协调工作。班队领导干部通过对机电设备的了解，渐渐加大了对设备的检修与维护工作。懂得了保设备就是保进尺的道理。在日常的管理工作中能较好的对某段时间的掘进与机电工作进行合理化安排，杜绝了设备的疲劳使用。

现代的机械操作工均向操检合一的方向去培养，司机就是综掘机的第一维护人，也是其检修的第一人，只有他们懂得综掘机的性能，才能在日常的施工过程中能及时发现综掘机的异常情况，及时停机处理，杜绝综掘机带病作业，延长了综掘机的使用寿命，降低了综掘机主要部件严重损坏的可能性，减少了施工影响。另外，每天给与机电人员留有一部分时间进行综掘机的日常细致维护，保证综掘机处于较佳的运行状态进行施工作业。MHY-260掘锚护一体机在88运输大巷巷道掘进施工期间，在合理的掘进施工与机电检配合下，在采用自移式机尾，后运皮带连续化运输，实现连续生产，最高达到了月进170 m的进尺量。

2.2.1.2掘锚护一体机施工工艺

1）掘锚护一体机简介

MHY-260岩巷锚护一体机实现了岩巷掘进与临时支护、永久支护的连续性。掘进机能实现连续切割、装载、运输作业。锚杆机可钻锚杆孔、搅拌树脂药卷和安装锚杆，并且对锚杆螺母进行拧紧，达到初始预紧力要求。该机适用于宽度为4600-5600mm，高度4000-4600mm的巷道，适合中软岩的巷道掘锚护一体作业。MHY-260掘锚护一体机临时支护顶部最大防护面积3.4×1.6m，前方为护山设施，最大防护面积3.4×1.2m，两侧装有能抽拉的护翼，抽出时防护面积达到4.4×1.6m。保证了大断面施工的顶板山墙防护安全，液压系统控制一次支护到位。

MHY-260岩巷锚护一体机基本是一套独立机构，依靠左右推出主臂安装在掘进机两侧的履带架上，左右推出主臂前端安装龙门架，龙门架上装有临时支护系统和依托于横梁的两台液压锚杆机。掘进机截割工作时，左右推出主臂回收，龙门架回收到旋转台上方，不影响掘进机截割工作。当需要锚护系统打孔时，左右主臂前推，带动龙门架前移到截割头前方，完成临时支护，然后锚护机开始打眼、安装锚杆的工作。

2）作业循环组织方式

88采区运输大巷采用“三八”制循环作业，掘锚护一体机施工工艺，前期试用操作不熟练，采用“二二二”作业方式，即每班施工2排锚杆（1.6 m），后期采用“二四二”或“二三三”作业方式，保证圆班进尺不低于6.4m。

3）掘锚护一体机的施工工序

88运输大巷掘锚护一体机施工采用全断面一次截割成型方式，临时支护到位后，集中打眼，集中安装；顶板采用掘锚护一体机自带液压钻机施工（1排9根），帮部锚杆滞后采用气动风锤打设（因液压锚杆钻机大梁施工限制，帮部2根锚杆无法施工），掘锚护一体机退后补打帮部锚杆时，因退机后山墙处于无任何封闭状态，为保证施工安全，防止片帮伤人，施工帮锚杆时，迎头向后4m（5排锚杆）位置处设置警戒网，人员严禁进入。

2.2.2掘锚护一体机试用优点

1）人员优化：

传统的综掘施工，巷道截割后，人员需先护顶封山，拉风水带、风锤、锚杆钻机等，而掘锚护一体机则解决了上述工序，自带护山护顶，液压系统一次支护到位。原迎头需8-9人施工锚杆，现需5-6人操作掘锚护即可施工，既保证了安全，又大大降低了职工的劳动强度，大大提高了劳动效率。

2）效率优势：

⑴掘锚护一体机施工实现锚杆连续化施工，不需要来回拉风水带，降低了职工的劳动强度。

⑵掘锚护一体机施工采用一次打眼，集中装锚杆，施工锚杆时无需更换钎子，节省了大量时间。

⑶采用掘锚护一体机纯施工一根锚杆仅需要1分钟，采用风锤、锚杆钻机施工时需要3-4分钟，大大提高了施工效率。

2.2.3掘锚护一体机试用缺陷及建议

1）掘锚护一体机钻臂布置与前探支护最前端有500mm的距离，造成施工中控顶距大于500mm，不利于安全管理。另外端面防护仅1.2m，人员需要在迎头安装钎子，存在山墙片落伤人的危险。并且前探支护较为繁琐，极大地遮挡了综掘机司机的视线。建议优化前探支护设计。

2）掘锚护一体机安装与综掘机机身两侧，并且较高，而综掘机铲板为3.6m，铲底施工时无法铲到巷帮（留有宽×高=500×500mm的浮矸需要人工在后路清理）。建议加宽综掘机铲板。

3）全断面施工，在岩石较差时无法保证安全施工，建议改进大臂的支撑方式，达到分台阶施工的要求，能够打设超前支护钢管。

4）综掘机遥控器存在延迟问题，造成截割时较难控制截割臂及时回退，造成超挖。建议进一步改进遥控操作的灵敏度。

5）岩石破碎石时，掘锚护一体机全断面先打设锚杆眼再安装锚杆，造成空顶时间较长，巷道顶板自稳能力较差，存在掉顶伤人的危险，建议增设打折超前支护钢管的钻机。

3 岩巷掘进技术的发展趋势

以上重点分析了岩巷掘进过程中采用的掘锚护一体机机械化掘进方法，总的来说，岩巷的掘进可以分为3类：a）采用传统的气腿式凿岩机打眼，放炮施工。b）采用普通的综掘机械化进行岩巷掘进。c）采用搞效率的掘锚护一体机、盾构机等先进设备掘进。