煤矿掘进新技术的现状与发展趋势

徐宏春

淮南矿业集团煤业分公司顾桥矿 安徽淮南 232000

摘要：伴随着我国浅部煤炭资源的日趋枯竭，煤炭开采已进入深部开采时代。而在深部开采中，煤层具有高压、高温、高熔岩水压和强开采扰动等诸多特性，巷道受到的应力复杂多变，整体变形转变为塑性变形，不仅时间效应强，而且变形量大，引发巷道掘进速度减慢、作业强度增大等一系列问题，极大地制约了高效生产的开展。其中，尤以巷道掘进速度的减慢对矿井生产影响最为突出。所以，不断强化对煤巷高效掘进施工工艺的研究是十分必要的。鉴于此，文章对煤矿高效掘进施工技术要点及发展趋势进行了研究，以供参考。

关键词：煤矿；高效掘进；安全管理

1煤矿掘进技术的重要性

煤炭资源作为我国工业的主要能源之一，是工业发展中必不可缺的。对于资源开采施工过程中来说，需要放在首位关注的就是安全问题，无论是煤炭开采企业、煤矿开采人员个人还是国家，都需要高度重视煤矿的安全问题，煤矿开采过程中不发生安全事故，不仅能提高企业的经济效益，还会给企业带来良好的社会效益。在煤矿的开采过程中必须要用到的技术就是煤矿巷道掘进支护技术，随着煤矿开采难度的加大，掘进技术也需要不断地完善与提高，以保证满足煤矿开采的要求。在煤炭开采的过程中，除了充分运用现代科技发展下的煤矿掘进支护技术，有效的支撑矿井内部巷道，还需要加强对矿井内巷道的通风性能、排水能力以及地质结构是否稳定等各方面情况的关注，以保证人员和矿井的安全，减少安全事故的发生。

2煤矿岩巷掘进技术分析

2.1液压钻车岩巷掘进

岩巷掘进的机械化是巷道高效掘进的发展目标。机械化掘进时有多种类型的掘进机，它们适应不同的生产条件，其中，常用的是液压钻车配备侧卸式装岩机来进行掘进作业。液压钻车应该与装岩机配套使用，以进一步加快巷道掘进的速度。在巷道掘进时，装岩机发挥了重要作用，它主要是将掘进过程破碎的岩石运到工作面以外。常见的装岩机型号为ZCD60R，其主要特点是装岩能力强、效率高且在狭小的空间内便于移动。在掘进施工时，装岩机可以装运巷道全断面破碎的岩石，减轻掘进过程中需要清理碎石的任务。同时，在装岩机上配备溜槽和托板，可以实时将碎石运输出巷道，使巷道的掘进效率明显提高。为了与装岩机配套，多采用CMJ20型号的液压钻机。该钻机的优势是设备机身较小、紧凑，操作灵活，可一次性实现对巷道的全断面掘进。由于该钻机采用了双臂凿岩，凿岩的速度较快，正常情况下掘进的进尺为0.8～2.2m/min，这就需要大容量的装岩机配合作业。液压钻机配备侧卸式装岩机，基本上能在一定程度上实现对岩巷的高效掘进，其主要优势有以下几点：（1）实现了凿岩的自动化。采用侧卸式装岩机能够有效防止掘进过程中钢丝绳断裂，掘进的效率和安全性大幅提高。（2）凿岩和装岩的速度快。现场实践表明，液压钻车的凿岩速度是普通气腿式凿岩机的3倍以上，侧卸式装岩机是耙斗式的2倍以上。（3）实现了巷道的全断面掘进。巷道断面的一次成型率高，且比较规则，方便巷道后期支护，使得工人的整体劳动量大幅度减少，是一种理想的巷道掘进技术。虽然液压钻车掘进技术有相当大的技术优势，但也存在一些问题，主要是这种掘进方式不便于对巷道进行临时支护，导致掘进时存在较大的空顶距，存在较大的安全隐患。

2.2气腿式凿岩机岩巷掘进

液压钻车的购置成本较高，而且对地质条件的适应性很差。很多煤矿多采用气腿式凿岩机，配备耙斗装岩机来进行岩巷掘进作业，其优势是：（1）实现了多个工序的平行作业，破岩的效率相对较高；（2）工艺比较成熟，对地质条件的适应性强，凿岩和打眼受掘进断面尺寸的影响较小；（3）破岩效率总体较高，在正常作业的情况下，掘进量为30～40m3/h。由于气腿式凿岩机的体积相对较小，在井下移动也相对容易与气腿式凿岩机的技术优势相比，其缺陷也相当明显，主要体现在作业时自动化程度低，不能实现机械化装岩，工人的劳动强度大，掘进的安全性也相对较差。这限制了其掘进速度，导致其只适用于一些小断面岩巷的掘进。

2.3综掘法岩巷掘进

与上述2种传统的掘进方法相比，综掘法的装备更加完善，效率更高且安全性更高。采用综掘法掘进岩巷时，用带式输送机来装岩，悬臂式掘进机来破岩，用梭车将破碎岩石运输到掘进工作面以外。其技术优势是自动化水平高，掘进速度快，掘进时震动较小，对巷道影响较小，能实现对巷道的临时支护，整体的安全性和效率都极高。综掘法适用于更大断面巷道的掘进，是未来巷道掘进中需重点发展的技术。综掘法使用过程中也会遇到一些技术问题，即没备运输不便，需要更大的断面，掘进的岩层较硬。因为综掘法配套的使用设备比较昂贵，所以，需要技术员熟练操作。鉴于此，综掘法适用于岩层较为坚硬、巷道断面较大的矿井掘进。

3煤矿巷道高效掘进技术的发展趋势

3.1大断面巷道掘进技术

随着矿井生产规模的扩大和机械设备体型的增大，对巷道断面的要求越来越高。因此，煤矿企业亟需开发大断面巷道掘进技术。在扩大巷道断面时，不仅对掘进技术有较高的要求，对掘进设备有更高的要求。为了进行大断面的安全掘进，需要研发更大的掘进设备和支护设备。与此同时，还应该优化掘进和支护工艺，保证巷道掘进的效率。目前的大断面掘进多是在煤巷中进行的，采用的是连续采煤机。对于半煤岩大断面巷道的掘进，施工技术人员必须结合掘进区域的实际情况，采用合适的机械设备。

3.2掘锚一体化技术发展

掘锚一体化技术是实现巷道高效掘进的必经之路。世界先进的采煤国都已经发展了成熟的掘锚一体化技术，并且在煤矿开采过程中进行了工业性试验。虽然我国也引进了一些掘锚一体化技术，但并不能在煤矿中得到很好的应用。很多煤矿反映的情况是掘锚一体化技术并不能提高掘进速度，反而在实际施工时存在较大的困难。这种技术对于顶板破碎下巷道的掘进效果非常好，其主要优势是便于在顶板上安装锚杆，工人的作业环境好。如果能更好地应用掘锚一体化技术，则必然能实现巷道的安全高效掘进。因此，我国应该注重掘锚一体化技术相关成套设备的研发，从而真正实现巷道的高效掘进。与此同时，还应该研发大功率的悬臂式综掘机，并实现掘进的自动化操作。随着现代科技的迅速发展以及人们对掘进机的研究力度不断增大，横轴与纵轴的切割功率分别达到350kW与250kW，自动化程度较高，在帮助煤矿提高自动化水平的同时拓展使用空间。

3.3煤岩混合巷道掘进技术

由于煤巷和岩巷掘进具有不同的特点，所以，应该发展一种适用于煤岩混合巷道的掘进技术。在很多情况下，掘进煤巷不可避免地会碰到岩层，必须对岩层进行处理。现在发展的一种高悬臂掘进机，使得煤岩混合巷道的掘进效率整体提高，其正向着自动化和智能化的方向发展。这样，在煤矿掘进中也减少了地貌、混合地质对工作造成的不确定性。与此同时，还能有效改善连续采煤机在煤巷掘进中的性能，从而有效提高煤巷的掘进效率。另外，还应该对采煤机进行功能拓展，使其能在不同地质条件下工作。煤矿掘进机性能的发挥与其配套设备有很大的关系，例如岩石运输设备、除尘设备和通风设备。在煤矿掘进中，支护应用关系着整个巷道的可靠性和安全性，为减少对巷道的不利影响，也应提高支护水平。

3.4 盾构机在煤矿巷道掘进中的应用

使用盾构机的流程和方法工艺，纵向移动平台的施工技术做千斤顶推动盾体整体纵向移动，形成一套完整的配套台车上部件位置使台车沿巷道轴过站施工技术也是一个非常有效的方法，在纵向移动时盾构机很容易控制，设备简单，投资少，效率高，操作简单，安全以及许多其他的优点，大大缩短工期，加快工程施工进度，为促进我国煤矿巷道掘进施工技术高效、确保煤矿巷道掘进的实际使用效率。

盾构机在进行工作之前必须满足相应勘察要求以及综合指标。必须要根据相应评价结果完善整个盾构机的设计以及刀具的选择。刀具必须要具有相应耐磨评价，盾构机穿越岩层，会遇到许多砂岩，这些砂岩层级不同，等级不同，形状也不同。盾构机采用刀盘为幅条式，这种方法产生扭矩较小。对于较大岩石而言非常困难。因此施工单位必须要及时对刀盘进行改造重新设计。只有这样才能够使盾构机具有相应的扭矩与推力。盾构机根据不同的类型以及型号有不同抗压强度，在使用土压平衡盾构机时必须要调整好适用范围。

岩石硬度由其矿物特性来决定，这些矿物晶粒有不同大小以及含量，晶粒大小不同以及含量不同，都会导致整个岩石的耐磨指标不同。因此，盾构机在施工过程中为了能够提高相应掘进速度和效率，必须要对刀盘和刀具进行合理选择，才能更好提升掘进速度。

结语

综上所述，煤矿巷道的高效掘进技术是实现煤矿高产高效的基础，也是煤矿企业重点研究的主要内容之一。在巷道掘进过程中，可以分为岩巷的掘进和煤巷的掘进。在煤巷掘进中，采用连续采煤机能实现掘进速度最大化，在掘进的同时采煤，有助于提高煤炭资源的开采效率。由于岩石的硬度较大，破岩石相对比较困难。岩巷掘进方法主要有钻爆法和综掘法。未来应该大力发展大断面巷道掘进技术、掘锚一体化技术、煤岩混合巷道掘进技术和盾构机掘进技术等，进而促进我国煤矿开采行业的进一步发展。 参考文献:

[1]刘辉.我国煤矿巷道掘进技术和装备的现状与发展[J].中国科技纵横,2015(2):155-155.

[2]樊雷.我国矿井巷道掘进技术和装备的现状与发展[J].理论研究,2013(2):8.