煤矿岩巷快速掘进技术及其应用

2018-06-01温衮

机械管理开发 2018年5期

温衮

（大同煤矿集团宏泰矿山工程建设有限责任公司，山西大同 037003）

1 煤矿岩巷快速掘进技术

1.1 爆破技术

毫秒雷管的出现和工业炸药的发展促进了煤矿岩巷爆破技术的进步。中深孔爆破技术由浅孔爆破演变而来，其炮眼深度在1.8m以上，该技术的单循环进尺高，而且可以节省生产成本和辅助时间。目前中深孔爆破的炮眼深度大多在2 m以下，炮眼深度2.2 m以上爆破技术仍然应用较少。掏槽技术是中深孔爆破的关键，煤矿岩巷掘进主要有斜眼掏槽和直眼掏槽两种形式。其中斜眼掏槽的面积较大且掏槽效率高，需要用到的炮眼也比较少，工作量小，但是受煤矿断面尺寸的限制较大因而角度控制难度高。常见的直眼掏槽有四角柱掏槽、菱形掏槽等等，直眼掏槽可以应用于各种煤层断面上，操作方法简单且易于掌握，但是需要的炮眼数量较高。光面爆破技术也是重要的岩巷快速掘进手段，该技术爆裂震裂隙较少，可以确保煤矿挖掘过程中周围岩石的完整性，确保围岩的稳定性和承载能力，超挖欠挖的情况可以得到有效的控制。但是光面爆破技术无法对岩巷掘进面周边的质量进行精确控制，因而在此基础上出现了异型药包爆破、切槽孔爆破等控制爆破的高级形式。在现代化机械技术的支持下我国煤矿生产实践中形成了钻爆法机械化作业线，如图1所示，该作业线的应用显著提升了煤矿岩巷爆破法掘进的效率。

1.2 岩巷支护技术

以锚杆为主导的联合支护手段在目前的煤矿岩巷掘进中较为常见。锚杆支护技术可以通过锚入围岩的锚杆促使岩巷周围岩石的力学特性发生改变，从而在巷道的周围形成一个相对稳定的岩石带，再通过锚杆和围岩的共同影响进行巷道的维护。锚杆支护具有适用性强、应用范围广、劳动强度低、维护成本小、采掘断面少及通风阻力降低等优势，但是无法预防岩巷周围岩石的风化，没有办法避免锚杆以及锚杆间隙岩石的掉落，因而在岩巷掘进过程中结合锚喷技术以有效提升煤矿岩巷快速掘进围岩支护的整体效果。锚喷支护技术是近些年来应用最普遍、发展最快的支护技术，可以有效控制巷道的变形、初级岩巷掘进速度的加快，光面爆破与锚喷技术的结合也在一些井筒、煤仓、巷道维修中也得到了应用[1]。

图1 钻爆法机械化作业线

1.3 输送技术

煤矿岩巷快速掘进中输送技术应用具有重要的地位。胶带输送机可以避免传统输送方式的不安全因素，且可以同时进行物料和矸石的输送，输送效率较高。此外胶带输送机的钢材、电力配件的消耗较少，可以节约煤矿岩巷掘进的成本，输送的稳定性较高且维护的难度较低，因而目前胶带输送机得到了越来越多煤矿企业的青睐。为了提高矸石转储的效率可以在胶带输送的中间位置搭建防护网，分开矸石运输道及人行道，将该段作为缓冲水平仓，确保煤矿岩巷掘进矸石高效率输送。

1.4 综掘法岩巷快速掘进技术

综掘法是近二三十年内发展起来的一种先进的煤矿岩巷快速掘进技术，主要是通过刀盘掘进机和悬臂掘进机的使用实现煤矿岩巷的快速掘进，掘进机设备集装载、切割、转运、降尘等功能为一体，具有连续掘进的突出优势，综掘法机械化作业线如下页图2所示。刀盘掘进机在隧道掘进中的应用较多，但是在煤矿岩巷掘进中的应用效果没有悬臂式掘进机突出，因而悬臂式掘进机作业是综掘法煤矿岩巷快速掘进的主要形式。悬臂式掘进机作业线由主机和其他配套设备组成，包括悬臂式掘进机、除尘系统、带式输送机、桥式转载机以及机载锚杆钻机等。利用综掘法进行煤矿岩巷的掘进可以将切割后的岩石利用转运机构输送至掘进机的尾部将其卸下，再利用输送机、梭车等将破碎的岩石运走。但是综掘法也存在适应性不强、对环境要求高、工作面除尘效率低下、配件可靠性及自动化程度不高等问题。

图2 综掘法机械化作业线

2 煤矿岩巷快速掘进技术应用

2.1 液压钻车配侧卸装岩机的挖进作业

煤矿岩巷掘进中ZCD60R型的侧卸装岩机较为常见，该设备的技术生产率及装载功能都比较出色。在岩巷掘进作业中，侧卸装岩机采取全断面的装载形式，省去了工作面岩石的清理作业。而对于溜槽、托板较多的物料则可以采取直接运输的方式，也可以保证较高的操作效率。液压钻车的型号以CMJ17较为常见，该类型钻车的操作灵活性较高，且机身较小结构紧凑，对煤矿岩巷的地板、工作面以及顶板都可以进行凿岩作业。CMJ17型液压钻车往往采取双臂凿岩的形式，凿岩速度可以达到2.0 m/min，工作效率较高。

除了合理的机械选型之外，配套的作业线也是掘进作业效率的重要保障。液压钻车与侧卸装岩机配套作业线的优势主要有四点：一是岩巷掘进效率较高。气腿式凿岩机在大断面岩巷中需要耗费200 min的时间凿出70个炮眼，而液压钻车仅需60 min就可以凿70个炮眼。此外相较于普通的耙斗装岩机，侧卸装岩机工作效率是其3倍左右。二是作业强度较低。利用液压钻车配侧卸装岩机作业线进行岩巷掘进时，技术操作在一定程度上减少了人工的操作。三是安全性较高。不需要人工对掘进工作面钻眼，侧卸装岩机取代原有的耙斗装岩机可以避免断绳以及钢丝绳甩动情况的出现。四是巷道成型质量可以保证。该套作业线可以对炮眼方向进行有效的控制，断面轮廓较为规整，巷道成型质量较高，但是容易出现支护困难的情况，进而对机械的应用性能造成制约[2]。

2.2 气腿式凿岩机配耙斗装岩机的掘进作业

气腿式凿岩机以及耙斗装岩机在中小型煤矿中的应用较多，其优势也十分明显。首先，该种掘进作业方式的工艺性较强，打眼以及装岩等工序受断面尺寸的影响不明显，可以直接实施平行作业。其次，这种掘进作业方式的生产效率也比较高，可以达到30～40 m3/h。但也存在一定的弊端，包括人员劳动强度高、危险性大、机械化水平低以及工作条件差等等。