采用先进掘进技术的煤矿岩巷掘进效率与安全性的对比研究

采用先进掘进技术的煤矿岩巷掘进效率与安全性的对比研究

刘磊

淮浙煤电有限责任公司顾北煤矿 

摘要：随着煤矿产能的不断增长和煤矿安全生产的重要性日益凸显，对于岩巷掘进效率和安全性的提升需求也越来越迫切。先进的掘进技术为解决这一问题提供了新的思路和方法。本研究旨在对比采用先进掘进技术的煤矿岩巷掘进与传统技术的差异，探讨其对掘进效率和安全性的影响以及优劣势。

关键词：先进掘进技术；煤矿岩巷；掘进效率

引言

煤矿岩巷掘进过程中，探索并应用先进的掘进技术对提高工作效率和保障安全至关重要。通过对比分析传统技术和先进掘进技术在掘进效率、施工速度、成本和安全性等方面的异同，有助于了解先进掘进技术的优越性，并为煤矿岩巷的选择和掘进方法提供合理的依据。

1煤矿岩巷掘进的挑战

1.1地质条件复杂

煤矿岩巷掘进常面临地质条件复杂的挑战，这些地质条件不仅增加了掘进的难度，还可能导致工程变形、塌方等安全风险。

1.2高地应力环境

煤矿深部的岩石往往承受着高施工地应力，这会对掘进工作造成困难。高地应力环境下的岩爆、冻结等现象会增加安全风险，还会对设备和结构造成损坏。

1.3通风和瓦斯难题

在煤矿岩巷掘进过程中，需要保证充分通风以排除岩层瓦斯和粉尘，防止煤层瓦斯积聚产生爆炸风险。这对于工作人员的安全至关重要，但也提高了施工的技术和管理要求。

1.4应急救援能力

煤矿岩巷存在风险事故的可能性，塌方、煤与岩层的冲击等。掘进工作中的应急救援能力和预案非常重要，以保障人员安全和迅速处理紧急情况。

1.5持续、高效开展施工

煤矿岩巷掘进需要持续高效地进行，但存在着施工周期长、周期性工作和设备损坏等问题，这对掘进进度和生产效率产生不利影响。

2传统掘进技术的特点和局限性

2.1传统掘进技术的常见方法：

（1）人工掘进：传统煤矿岩巷掘进中最常见的方法是人工掘进，即工人使用手工工具锤子、镐等进行岩石或土壤的开挖和清理。

（2）爆破掘进：爆破掘进是使用炸药或其他爆炸物质对岩石进行破碎和开挖的方法。通过爆炸力量来加快开挖速度。

2.2传统技术的低效率和安全风险：

（1）低效率：传统掘进技术通常依赖人力劳动，需要大量的人工投入和时间。工人在有限的空间中作业，进展缓慢，导致掘进速度较慢，施工周期长。

（2）安全风险：传统掘进技术由于对工人依赖较高，存在较高的人身安全风险。塌方、崩塌、岩爆等事故可能发生，使得工人面临生命安全的威胁。

2.3传统掘进技术还存在以下局限性：

（1）对地质条件要求高：传统技术往往对地质条件的稳定性和可掘性要求较高，遇到复杂地质条件，软弱层、断层等时，施工难度增加。

（2）人工劳动强度大：传统掘进通常需要工人进行繁重的体力劳动，长时间暴露在恶劣环境下。这不仅对工人的身体健康造成负担，也容易引发技术误差和工作疲劳，增加事故风险。

3先进掘进技术的特点和应用

3.1先进掘进技术的定义和分类：

（1）定义：先进掘进技术是指在矿山、隧道、地下工程等领域中采用先进设备、工艺和方法进行岩石或土壤的掘进和开挖的技术。

（2）分类：先进掘进技术可以根据不同的应用领域和工作原理进行分类。常见的分类：机械化掘进技术（液压掘进机、隧道掘进机）、自动化和智能化掘进技术、岩石爆破技术、预拼装模块化结构等。

3.2先进技术在煤矿岩巷掘进中的应用

（1）隧道掘进机(TBM)：TBM是一种先进的机械化掘进设备，可以适用于煤矿岩巷掘进。TBM采用推进式掘进方式，碾压和挖掘岩石，自动进行支护，提高了开挖速度和效率，减少了人工劳动强度。

（2）全地形平台：全地形平台是一种装配式的机械化岩巷掘进技术，适用于复杂地质条件。它通过模块化设计和自动化系统，可以在不同地质条件下灵活掘进，并可实现预拼装的支护结构，提高安全性和施工效率。

（3）先进岩石爆破技术：泡沫炸药、催化炸药等，通过改进爆破技术，减少震动、振动和颗粒飞散，降低对周围煤层和岩层的损伤和扰动，保障矿井的安全运营。

（4）自动化和智能化掘进技术：通过引入传感器、机器学习和自动化控制系统，实现岩巷掘进过程的自主化和智能化，提高施工的效率和安全性。

4煤矿岩巷掘进效率对比研究

4.1分析传统技术和先进技术的掘进效率差异：

（1）人工劳动vs机械化：传统技术依赖人工劳动，而先进技术采用机械化设备，隧道掘进机(TBM)。机械化设备能够大幅提高掘进效率，减少人力需求。

（2）自动化和智能化vs手工操作：先进技术通过自动化和智能化控制系统，减少了人工操作的误差和工作疲劳，从而提高了施工效率。

（3）施工工艺优化：先进技术引入了新的施工工艺，预拼装模块化结构，减少施工时间，并提高质量控制。

4.2对比掘进速度、施工周期等指标：

（1）掘进速度：通过对传统技术和先进技术在相同条件下的掘进速度进行对比，以评估先进技术的掘进效率。根据实际案例和数据，先进技术通常可以显著提高掘进速度。

（2）施工周期：将传统技术和先进技术在相同长度的岩巷开挖工程中进行对比，评估施工周期的差异。先进技术的快速施工能够缩短施工周期，提高项目交付效率。

（3）成本效益：通过对比传统技术和先进技术的使用成本（设备、人力、维护等）和施工周期，评估先进技术的成本效益。通常情况下，先进技术可以降低施工成本和工期，提高投资回报率。

5煤矿岩巷掘进安全性对比研究

5.1比较传统技术和先进技术的安全风险

（1）人工操作风险：传统技术依赖人工操作，工人在狭小、复杂的工作环境中进行掘进作业，面临塌方、崩塌、岩爆等危险。而先进技术减少了人工操作的需求，降低了相关风险。

（2）设备使用风险：先进技术引入了机械化设备和自动化控制系统，虽然提高了安全性，但仍然存在设备故障、系统操作异常等风险。对比分析这些风险对安全性的影响。

5.2探讨如何提高岩巷掘进的安全性：

（1）强化培训与管理：加强对工人的安全培训，提高工人的安全意识；严格落实安全标准和操作规程，强化现场管理，确保施工过程中的安全性。

（2）应急救援能力：建立健全的应急救援机制，完善的应急预案、设备和人员配备，提高应对紧急情况的能力。

（3）地质勘察和监测：进行详细的地质勘察，了解矿区内岩层和地质结构情况，结合实时监控技术，及时发现和处理地质灾害隐患，减少事故发生的可能性。

（4）排除安全隐患：加强对瓦斯、粉尘等危险因素的监测与控制，确保良好的通风条件；对于可能引发塌方、崩塌等问题的部位进行支护，并定期检查和维护。

结束语

通过对采用先进掘进技术的煤矿岩巷掘进效率和安全性与传统技术的对比研究，我们可以得出结论：先进掘进技术在提高掘进效率、保障施工安全等方面具有明显优势。然而，在应用先进技术时也要注意技术适用性、人员培训和成本等因素。在未来的研究中，我们需要进一步深入探讨和评估先进掘进技术的可持续性，并结合实际情况制定相应的政策和指导原则，以推动煤矿岩巷掘进工作的安全高效进行。

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