大断面巷道快速掘进的关键技术

杨宝忠

摘 要 随着矿山开采规模和煤巷断面面积的逐步扩大，越来越多的矿井选择利用配套设备综合一体化技术，实现了对大断面巷道的快速掘进。但实践中影响快速掘进的因素很多，对生产的效率与安全影响复杂，相关工作人员必须深化对各项因素的认识和把握，以提高快速掘进的施工效率。

关键词 大断面巷道；快速掘进；施工组织；施工技术

中图分类号：TD263 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）06-0177-01

随着矿山开采规模和强度的大幅增加，为确保生产安全，保证矿井掘进、运输、通风等系统中大型设备的安装和运行要求，煤巷作业的断面有逐渐扩大的趋势。由于国内很多仍采用以钻爆法为主的传统巷道作业方式，使掘进速度慢，成本高，并造成采掘工作接替紧张等诸多问题，因此可考虑在条件允许的地区采用岩巷掘进设备综合一体化技术，利用专业、先进的配套设备提高掘进效率及其稳定性。

1 影响掘进效率的因素分析

1）工作人员的职业素养。相关操作人员的技术熟练程度、生产积极性和安全意识是决定矿井掘进效率的关键因素。因此必须在新工艺实施前对工人进行严格培训，使其全面掌握操作技巧，明确安全规范的落实对企业及自身的重大意义。使施工中工种齐全、分工明确、配合密切、衔接连贯，并发挥出各种先进设备的性能优势。管理者则应提高专业技能，完善安全规程和生产工艺，及时发现掘进方法或支护设计中的不合理并进行科学整改，认真贯彻组织制度和劳动制度，加强对作业现场的管理。此外，还应完善生产管理组织形式，坚持以岗位责任制为中心的技术设备措施、施工组织制度的落实，并尽可能合理地选择作业方式和循环方式，优化劳动组织。

2）机械设备及技术因素。设备的选择是决定掘进速度的另一个重要因素。传统钻爆法中应用的凿岩机功率小、钻速低，无法大幅提高掘进效率，因此大断面中开始使用盾构机或TBM掘进机等设备，将钻岩、掘进、支护等功能集于一体，并可通过计算机技术、信息技术和遥感技术实现设备制导与监控，使工作效率成倍提高。此外，使用配套设备机械化作业，可使占掘进循环时间1/3以上的装岩工序大大简化，缩短时间75%。在生产技术方面，合理选择锚杆提高锚固质量、选择湿喷工艺提高喷浆效果等，对掘进作业的效率及安全性具有重要影响。而大断面给巷道支护带来的困难，支护增加对巷道通风的影响，也都是高效连续掘进中必须解决的技术问题。

3）环境因素。施工环境中瓦斯、地热、压力以及地下水等因素直接影响着掘进的效率，施工中必须借助专业设备对环境因素进行实时、准确的监测，并做好通风、防突等治理措施，确保其不会给作业带来安全风险。

2 连续掘进系统的配套设备

1）目前应用较普遍的连掘系统包括悬臂式掘进机与连续掘锚及采煤机组。悬臂机组的适用范围广，但具有支护掘进不能平行作业的问题，而连采连掘机组则具有循环小、效率高的优点，但也存在顶帮支护不及时、适应性差等不足，因此必须针对矿井的具体地质赋存条件进行选择。如在断层、陷落柱、风氧化带、踩空区等地质条件恶劣、环境不适于施工，采掘工艺的循环进度次数必须得到改革，才能保证巷道持续支护质量，在这种情况下，移动机器的次数频率会无形中增加采煤工艺的程序，特别是在软媒或者风氧化带，由于掘进机的重量较大，只能从煤层底板掘进。这样的话，会造成掘进机下沉的事故，导致采煤工艺非常被动。而采用综掘机，由于质量较轻，可通过沿底掘进或者爬至煤层顶板掘进，能客服掘进机中存在的问题。把综掘机与改良锚杆钻机相配套，可形成强大的掘进及支护能力，在各种不同的地质条件下均可正常、有效的掘进。通过制定规范化的操作制度和常态的维修保养程序，实现巷道的支护与掘进工艺的平行作业，并可解决高瓦斯矿井瓦斯突出的安全生产问题。

2）为适应大断面的不良地质条件和较高的支护要求，应采用性能优越、稳定度高的锚杆和网支护，或针对矿井具体环境，对永久支护性进行有针对性的改造，提高多工序支护的机械化程度，并使之与综掘机更加适应和配套。如针对劳动强度高、移钻不便等问题，可通过组织科研攻关，研制性能灵活、工作状态稳定、使用方便、液压密封性高的钻机供巷道顶板永久支护使用。

3 技术方案的确定

1）应对不同煤层条件应采用不同的切割顺序的工序，如综掘机在进行松软煤层挖掘时，应从工作面巷的下角开始，并采用向上切割的方式进行采煤作业。在此过程中，为保证综掘机掘进过程中的切入稳定性，必须先进行切底掏槽；另外一种情况，当工作面岩石性质为硬煤时，为预防切落的大块煤卡住综掘机而导致装煤与运煤的速度，必须采用自上而下的工艺顺序；第三种情况，工作面为半煤岩巷时，切割煤应在切割岩石之前，即采用先软后硬的采煤工作工艺。在切割过程中，还应充分考虑煤岩的层理及地质结构，不可横断层理，导致影响掘进机的割煤速度。

2）采用矿用螺旋钻机完成锚索、巷道顶锚杆的施工安装后，采用风动或者电动锚杆钻机施工护帮锚杆。螺旋钻机高度适宜，墙体高度为2.1 m，圆弧拱的夹角在132°，巷道净高为3.6 m，采煤掘进断面采用锚、网、带支护，锚索补强的支护方法。空顶区采用前探梁进行临时支护；锚杆支护巷道拱部采用直径20 mm、长2000 mm的全螺纹等强锚杆并且配2·9m的M型钢带、金属网支护，用MSK2833型树脂锚固剂卷锚固，锚杆间排距为833×700（mm）。

3）施工组织可制定“三·八”制的作业制度，主要内容是两个班生产，其中两个班负责生产的任务，一个班负责维修的工作。具体的施工程序是：组织综合工种和专业技术队组相结合的工作队，采用双向掘进的方式，其中一条作为辅助运输巷，另一条作为胶带巷，综掘机在一条巷道割煤时，锚杆机在另一条巷道支护。当综掘机割煤完成一个循环后，把掘进机移到另一条巷道割煤；此时可将锚杆机移到已割好煤的巷道进行永久支护。两者相互配合进行施工。整体的施工过程中，不需要工人进入空顶，进而实现施工效率的提高，减少安全事故的发生。

综上所述几点改进大断面掘进的技术方法，不断创新和完善掘进工艺，推广各种先进设备的应用，并结合不同的实际条件总结组织管理与施工形式上的经验和问题，进一步促进我国煤矿综掘一体化技术成熟和普及，逐步实现煤矿企业整体施工能力的提升。

参考文献

[1]程敏，范志胜.论巷道快速掘进的影响因素及其技术措施[J].现代商贸工业，2010（07）.

[2]郭春龙.大断面岩巷快速掘进技术实践与探讨[J].中国高新技术企业，2007（03）.endprint