复杂地质条件巷道快速掘进技术研究

复杂地质条件巷道快速掘进技术研究

赵贺文

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摘要：在我国采矿事业发展形势不断加快的形势下，各种技术应用而生并且在生产中得到广泛应用，而在这一过程中看到快速掘进技术。针对掘进区域内地质构造复杂的问题，提出将智能化掘进工艺应用到巷道掘进中，以期实现复杂地质条件下巷道快速掘进，并对智能化掘进工艺中涉及到的智能掘进机、智能直驱带式输送机、单轨吊、自移式机尾、锚杆钻车等关键设备等进行分析。现场应用后，掘进效率得以显著提升，人员使用数量明显减少，取得了较好的应用成果。

关键词：巷道掘进；智能掘进工艺；综掘机

引言

煤炭资源使中国经济得到迅速发展，但中国东部煤炭资源已近枯竭，西部煤炭资源开发成为国家能源战略的重要内容。随着中国供给侧结构性改革的深入推进，煤矿企业的大规模重组进一步推动了煤炭资源开发的优化整合。掘进是煤炭开采中最重要的环节之一，据统计，西部地区地下煤矿巷道掘进速度一般在500m/月以上，虽然掘进速度已达到全国最快，但仍不能满足西部千万吨的煤炭需求，掘进速度与生产需求严重失衡。因此，巷道快速掘进已成为煤矿可持续、安全、高效生产的关键因素。研究者认为，通过优化劳动组织、管理制度、施工技术、机械设备等形成挖、支、运、风、电、水等环节的作业联动体系，考虑作业程序，充分发挥各环节的最大作用，从而达到快速掘进的目的，加快掘进速度。

1采矿工程巷道掘进与支护技术的现状

我国科学技术的快速发展，煤炭资源的开发和利用受到了人们越来越多的重视，煤炭资源在我国的工业生产和社会建设中，发挥了不可替代的功能，在开发煤炭资源的过程中，展开采矿工作，要以巷道掘进技术和支护技术为核心，提高生产水平和开采质量。在煤炭资源的开采中，传统的岩石集中的布局形式逐渐被煤炭巷道的布局所取代，利用采准巷道布局和开拓巷道布局等形式，目的是提高巷道掘进技术水平。目前应用到巷道掘进中的方法包括综合机械掘进法、掘锚法、一体化流水线掘进法，是巷道掘进工程项目中的常见方法。利用综合机械掘进方式，对机械设备有着较高的要求，因此综合机械掘进方法的技术成本较高，掘锚法技术的应用中使用到了悬臂式掘进机，适用于有着一定复杂程度的煤矿地形中。但是利用该方式有一个弊端，那就是一体化流水线施工法的施工进度较慢，因此煤矿掘进技术和装备应用体现出了一定的缺陷和不足。与发达国家相比，我国在煤矿掘进技术应用和装备开发方面处于落后局面，仍旧还需要持续的探索实践，以提高采矿工程的巷道掘进和支护技术水平。

2新型支护方法

为实现该煤矿的井下快速掘进支护，必须优化支护方法，考虑到煤矿回风巷道存在整体较为破损和松软的围岩，且夹矸层存在于内部，该煤矿引入“护表构件+锚索+锚杆”联合支护方法用于顶板支护，同时使用“护表构件+锚杆”联合支护方法用于两帮部位支护。相较于该煤矿长期使用的支护方法，新型支护方法在应用中的改动减少，只需要优化锚索和锚杆的排列方式及相关参数。相较于传统支护方法，新型支护方法的改进主要体现在：第一，使用槽钢对同一排锚杆进行连接，以此得到形成整体的所有锚杆，更稳定支护可由此实现；第二，采用“二二”设计排列顶板锚索，改变传统支护方法采用的“三二三”设计，具体在2排锚杆中间设置，按照2m控制锚索间距，同时在钢带两端设置邻排锚索，相较于竖直方向，锚索需要按照30°进行设置；第三，两帮处按照4根锚杆/排设置，同时使用与传统支护方法相同规格的锚杆，具体按照1m控制排距和间距。

3巷道快速掘进技术分析

3.1掘锚一体化技术

辅助运输巷道的掘进方向选用激光定向仪，施工采取一次全断面成巷技术，沿2#煤层开挖，采用EBZ200M-2掘进巷道，采用掘进机、四臂式锚杆钻机对顶帮锚杆（缆绳）进行施工。其中，所选择的掘进机既能实现掘进、支护的同步进行，又能极大地提高工作效率，提高支护的自动化水平，缓解矿井生产交替的压力。掘锚一体化技术在多个产煤国家已经得到广泛应用，在实际的技术操作中，掘锚一体化技术的适用范围更广，而且支护效果和掘进效果也有了进一步的改善，通过掘锚机组的平行作业特性可以大大提高煤矿巷道掘进的作业效率。

3.2悬臂式掘进及输送技术

悬臂式掘进技术简单，易操作，首先利用截割断头的转动对煤层进行截割，由于截割断头的摆动为整个巷道的断面提供了支撑力，为后续生产条件提供了便利，最后切割下来的煤炭通过掘进机铲板进行收集，再利用输送技术将破碎的煤炭运走。悬臂式输送技术设备包括带式输送机和矸石水平缓冲仓。与传统的输送机相比，带式输送机不仅可以分成上下两层同时运送物料与矸石，有效减少能源与资源的消耗，还可以保证操作人员的安全，而且其维护和管理也比较简单。带式输送机是矸石料仓水平缓冲的基础，其输送带可以有效分隔轨道、人行道和煤矸石，同时可在中间加装防护网，设置矸石的水平缓冲仓，形成良好的连续排矸系统，降低作业人员的工作强度。

3.3优化掘进设备

在煤矿巷道快速掘进工作中，最基础的条件之一就是掘进设备，而快速掘进技术是一项先进的作业技术，在作业和生产过程中对施工现场的要求很高。掘进设备的选择与工程安全密切相关。通过选用先进可靠的设备，可以在一定程度上提高工程的安全系数。在实际施工过程中，施工人员必须根据设备的种类正确操作，不能盲目地凭借自我意识去思考问题和使用设备。此外，在设备保养和维修过程中，维修人员应严格按照设备维修流程对设备进行全面检查，找出设备的主要问题，及时更换损坏的零件，确保掘进设备能够更加高效地运用于煤矿生产工作中。

3.4临时支护技术的要点

临时支护技术是在矿山施工中，根据矿山生产实际需要采用的临时支护措施。比如，针对一些矿区矿井的掘进情况，可以采用机组前探梁支护，以便于后续工作人员进行支护。采用这种临时支护技术，不仅可以保证工人的人身安全，还可以缩短施工时间。在目前的施工方式中，这是一种临时的支护方式。另外，当前矿业公司的临时支护结构也是采用了金属支架，这种支架具有很好的强度特性，而且安装速度快，可重复使用。近年来，许多的地方公司都在关注这种技术，最重要的是，这种技术还可以作为永久支架使用。

3.5优化运输系统

在应用快速掘进技术时，带式输送机的应用可以有效提升运输效率，在使用中应根据实际工作环境设计系统输送线、输送带、物料性质、输送量等参数。例如输送线和输送带设计不仅要考虑弯曲段的尺寸等参数，还要考虑输送线坡度、最大长度和提升高度等因素。带式输送机具有很多优势：（1）便于维护、运行可靠、人员较少以及可集中控制；（2）成本低，例如配件、钢材以及电力等成本较低；（3）下层可运料，上层可运矸，这样既降低了单人运输物料的劳动强度，又实现了岩石巷道矸石的连续运输，减少了运输事故的发生。

结语

综上所述，在煤矿巷道掘进及支护技术的应用实践中，面对着复杂的地质开采条件，采矿施工的难度较高，要以提高技术应用水平为目的，立足于实际现状，制定可行的施工方案。在巷道掘进和支护技术应用的过程中，把握关键要点，做好全过程的检测和监控，结合环境的变化，对施工技术进行调整，提高煤矿巷道掘进施工的安全水平，促进我国煤矿事业的长远发展。

参考文献

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