煤矿岩巷快速掘进工艺的优化

煤矿岩巷快速掘进工艺的优化

张严杰

开滦股份吕家坨矿业分公司  河北省唐山市  063000

摘要：随着我国煤矿工程的快说说发展，在施工过程中岩巷掘进工艺是最常见的。虽然目前已经采用了岩巷快速掘进工艺，但是在应用过程中还存在着许多问题，需要进一步优化。首先，分析了煤矿岩巷掘进的特点；其次，分析了影响岩巷快速掘进的因素，最后，探讨了对岩巷快速掘进工艺优化的措施。可以为实现煤矿岩巷的快速掘进提供一定的技术指导。

关键词：煤矿开采；岩巷掘进；工艺优化

引言

我国现存的高瓦斯矿井最突出的问题就是瓦斯排放，为实现高瓦斯煤层安全高效开采，在一个采区内需要兼备顶抽巷、底抽巷布置瓦斯抽放巷道。进行瓦斯释放的顶抽巷和底抽巷往往在岩石中施工，所以岩巷的快速施工问题成为影响高瓦斯矿回采的关键因素，岩巷掘进制约因素主要包括掘进效率、支护。所以，探索低成本、高效率的岩巷掘进工艺和支护工艺，是当下岩巷快速掘进的必由之路，对提升高瓦斯矿井的采掘效率，保证“高产高效”矿井的持续发展，具有重大意义。

1煤矿岩巷掘进特点分析

煤矿岩巷是在岩层掘进的巷道。岩石硬度比较大，通常是煤硬度的数倍以上，这使得岩巷的掘进存在以下缺点。1）掘进速度慢。岩石硬度比较大，破岩效率低，与煤巷掘进相比，岩巷的掘进速度每天只有数米，这导致岩巷的施工周期比较长。2）作业环境恶劣。破岩时会产生大量的粉尘，虽然采取了喷雾和通风措施，但是掘进头内的粉尘浓度依然非常大。3）掘进的危险程度高。随着开采深度的增大，地层应力也会升高，这导致掘进会引发一些动力灾害，例如岩爆或冲击地压，一些岩层可能具有隔水作用，巷道掘进可能会破坏隔水作用，造成严重的突水事故。

2煤矿岩巷快速掘进影响因素分析

2.1地质构造

在煤矿巷道掘进过程中，地质构造对巷道掘进速度影响极大。常见的地质构造有褶皱、断层、陷落柱等。在地质构造区域，不仅应力异常，还可能伴随水、气和顶板岩层的完整度等异常情况。为了实现安全掘进，必须采取相应的安全措施。1）施工各种探测钻孔，确定地质构造的范围是否会出现异常情况；2）根据现场探测的结果，制定各种预案，降低灾害发生的可能性。这些安全措施的实施会大幅度降低掘进的速度。在一些大的地质构造区域，若不能确保掘进的安全性，则需要重新施工整条巷道。此外，为了减少掘进对地质构造的扰动，在地质构造区域通常会降低掘进的速度。

2.2临时支护施工

在破岩完成后，由于永久支护比较慢，为了维持巷道空间的稳定性，需要进行临时支护。与普通支护不同的是，临时支护形式具有不确定性，需要人工来完成。在地质构造正常的情况下，临时支护比较简单，只需要采用单体液压支柱进行支护即可。在地质构造异常区域，需要采用棚式支护，不但需要大量的支护材料，而且支护的效率低。此外，有时作业之前还需要对岩巷表面的碎岩进行清理，大大降低了作业效率。

2.3掘进工艺

对于岩巷，掘进工艺对掘进速度也有影响。目前，可用于岩巷掘进的工艺主要有钻爆工艺和综掘工艺。钻爆工艺是在岩石上使用打眼放炮的方式进行破岩，其效率取决于钻孔速度。在通常情况下，这项工艺在巷道断面比较小的时候效率比较高。综掘工艺是采用综掘机进行破岩，其效率取决于设备的功率。由于综掘工艺的巷道断面成型好，目前岩巷掘进大部分适用综掘工艺。

3巷道掘进工艺流程优化

3.1对井下施工工艺流程进行优化

依据“最优化”“最小化”的掘进施工理念，在确保井下巷道掘进效率的前提下，提出了“大循环+小循环”配合作业模式[6]，最大限度地减少迎头工作量，减少人员数量，提高施工效率。小循环作业。在一个小班作业时完成多个小循环作业，割煤和巷道支护顺序进行，其他的割煤、运煤、铺设顶网同步进行。在作业时首先控制掘进机完成第一个截割，截割作业的宽度设置为3200mm，截割的距离为1000mm。截割完成后，掘进机后移，使掘进机的炮头和煤壁齐平。然后，控制掘进机进行第二次截割，此时截割作业的宽度设置为1600mm，截割的距离为1000mm。截割完成后，掘进机退回1000mm，开始进行支护。顶板锚杆先完成1排支护，然后，将帮部锚杆上方的2根支护完成，其他的锚杆要滞后2排进行施工，保证顶部锚杆和帮锚杆的平行作业施工。

3.2采用智能化掘进技术

随着煤矿智能化建设的推进，掘进施工也应该实现智能化。通过采用一些智能化技术，可以大幅度优化掘进施工的流程。智能化是以信息化技术为基础，实现生产流程的高度自动化。在智能化掘进技术中，采用了更多的传感器和控制器，使得作业流程实现自动化，大幅度削减所需工人的数量，进而提高了掘进效率，保证施工的安全性。

3.3采用小型盾构机

目前，无论是钻爆工艺还是综掘工艺，对于岩巷掘进总体效率仍然较低。为了进一步提升煤矿巷道的掘进速度，还应该使用盾构机。盾构机是一种高效的地下隧道施工设备，广泛用于地下工程的施工。普通盾构机的掘进断面比较大，而煤矿巷道断面比较小。为了应对这种情况，一些公司研发了小型盾构机，可用于巷道掘进。经过一些实际检验，采用小型盾构机进行岩巷掘进，掘进速度比传统工艺提高3~10倍，月掘进尺可达千米以上。小型盾构机掘进不但效率高，而且断面成型好，工人劳动强度低。

3.4施工管理优化

为了提高掘进的效率，必须对施工管理进行优化。施工管理的作用在于合理地分配作业人手和施工工序，提高作业效率。因此，施工优化的主要目标是对作业人员和施工工序进行优化。对于作业人员，可以制定固定人员和流动人员2种配置方案。固定人员主要负责特定的工艺流程，流动人员则是根据需要进行分配。施工工序要根据现场情况进行调整，可以分为串行和并行2种。在优化时，需要统计每个工序的时间，根据时间进行人员和工序的调整。

3.5对地质构造进行精查

考虑到岩巷掘进对地质构造较为敏感，在掘进之前，应该对掘进区域进行地质构造精查。精查的主要目的是探明巷道掘进区域的地质构造发育情况。为了保证勘探数据的准确性，要采用综合物探方法，即物探和钻探相结合的勘探手段。物探的优势在于可以获取地质构造的分布，钻探的优势在于能够准确地探明地质构造的具体情况。在探明地质构造后，可以对巷道掘进路线进行优化，对于一些掘进困难区域可以绕过去，避免后期出现返工的问题。还可以制定更为详细的施工预案，在一些特殊的施工区域，可以提前确定材料和设备等，大大提高施工的效率。

结束语

煤矿岩巷的快速掘进对于缓解煤矿采掘接替紧张问题具有十分重要的意义。在实际生产中，影响岩巷掘进速度的因素主要有地质构造、临时支护施工、掘进工艺和现场施工管理等。为了能有效提高岩巷掘进效率，主要从对地质构造精查、采用智能化掘进技术、采用小型盾构机和施工管理优化等方面进行改进。可以为煤矿岩巷的快速掘进提供一定的参考。

参考文献

[1]王彬.煤矿巷道锚杆（索）分次支护及快速掘进技术研究[D].西安：西安科技大学，2020.

[2]彭杨皓，张书鹏，张艺源，等.煤矿大断面托顶煤巷道围岩变形破坏机理[J].煤矿安全，2019，50（5）：263-268.

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[6]刘超，孙成磊.复合软煤岩大变形煤巷快速掘进技术研究[J].煤炭技术，2015，34（1）：51-53.