复杂地质煤巷快速掘进技术研究

徐亚锋

摘 要：随着煤矿开采强度的增加，开采接替已成为制约煤炭产量进一步提高的关键。为了缓解矛盾，煤矿必要实现巷道的快速掘进。基于此，本文主要分析复杂地质条件下煤巷掘进技术的优化。

关键词：复杂地质条件;煤矿巷道;掘进技术;优化

引言：

复杂地质条件会给煤炭开采的效率和安全带来严重的不利影响，是当前煤炭开采行业不可回避的难题。在复杂地质条件下，通过提升和改进采煤工艺和设备、优化施工管理等一系列措施，可以大大提高煤矿快速掘进质量，有效提高开采效率和作业安全，同时，对提高社会经济效益也具有重要意义。

1复杂地质条件下快速掘进难点

煤矿采掘全过程中具体存有下列难题：一个是伴随着采掘深度的连续不断推动，矿山各煤巷顶板岩性转变非常明显，拱度围岩应力非常明显扩大;二是该区域矿井顶、底板、煤巷松软易破碎，掘进全过程中不容易形成，形变非常明显。巷道顶、底板和两侧都是有很大水平的收缩，因为形变速度快，巷道支护艰难，采掘中很容易出現“先挖后修”的问題。掘进时假如地面松软，很容易导致卧机;第三，因为地质环境情况错综复杂，巷道断层多，边坡大的巷道多。第四，在矿区的矿山。薄煤巷中的煤矿储量占储藏量的占比都是有，因而，在采掘薄煤巷时，掘进工作面、掘进支护，尤其是半煤岩巷道、煤巷，开挖半煤岩巷道时，掘进技术和掘进支护设备要求较高，因此，要保证半煤岩巷道快速掘进，就成了煤矿正常开采的关键。第五，我国长期以来一直选择采用传统的掘进支护技术，没有与世界先进的机械化掘进技术相结合来管理和提高技术水平;第六，目前煤矿掘进设备破岩量少。假如在半煤岩巷道的岩层中碰到硬度系数超出5的岩石，矿井的切割效率会减缓，设备自身的截齿和切割头很容易损坏，对掘进设备导致受损。除此之外，在掘进和支护巷道时，设备也会很容易损坏。

2复杂地质煤巷掘进的影响因素

2.1煤层巷道地质条件

在掘进巷道时，把掘进巷道改为硬岩煤岩巷道，在掘进过程中增加了快速掘进的难度，同时也存在严重磨损，易发生机械剧烈振动和二次磨损，对掘进效率造成了不利影响。另外，岩体渗透系数、瓦斯溢出等也是引起巷道地质的重要因素。

2.2掘进设备的技术性能

矿用设备的性能也是影响采矿效率的重要因素之一。当前，我国正在研制的高速掘进机械性能与国际先进水平还存在一定差距，直接影响到我国各个矿山的掘进效率。特别是重载悬臂式掘进机的研制开发，其自主技术还十分薄弱，已成为其发展的瓶颈。

2.3掘进支护施工工艺

目前，我国煤矿巷道掘进施工中，由于支护时间长、难度大，严重制约了掘进机的快速推进。支护技术的落后，直接影响到我国煤矿巷道的快速施工。锚杆在钻进过程中，如果经常发生偏心现象，锚杆的布置往往是根据经验来确定的，使得支护速度难以达到实际施工速度。

3复杂地质优化煤巷快速掘进技术的措施

3.1优化运输系统，加快矸石（煤）排放

传统的矿山车辆运输不畅，安全隐患大。在此基础上，提出了“矿用车不下井”这一新概念。采用带式输送机装载煤矿山巷道机系统;矿区岩巷集输采用创新的带式输送机集中装运。把原来的绞盘改成运输车，用皮带集中运输。实施后，该系统不但提高了30%以上，还减少了工序，节约了人力，提高了工作效率，保证了安全。

3.2利用整合挖掘和液压凿岩机建造岩石台车

采掘工作面是巷道采掘生产的核心设备，其设备技术水平的高低，直接影响到巷道采掘生产的安全性、速度和效益。既要根据煤矿企业的生产条件，选择合适的掘进机，又要根据实际情况，逐步加以革新，使掘进机能长期稳定地连续运行。采掘机械液压电气系统的有效维护。为便于操作和维修，掘进机一般采用内嵌式结构，而不采用锚具组合结构，以提高设备运行的稳定性。

3.3建筑方法和工艺的改进

要使巷道掘进速度有了很大的提高，不仅要依靠目前比较成熟的“常规”施工方法，更要积极采用新的施工方法，如深孔爆破法等。为了实现快速掘进，必须保证施工工艺的连续性，使各工序能够并行进行。

3.4根据实际条件对掘进进行优化

在巷道掘进前就应对掘进区域内的岩性参数进行分析，根据实际情况确定巷道掘进方式。巷道掘进采用综掘方式，但存在掘进机截割齿磨损严重的问题，制约巷道掘进效率。在巷道掘进遇到煤层变薄、需要截割硬度较大砂岩时，应提前在掘进机截割头上焊接高强度钢板，从而减轻截割齿磨耗程度，提高设备开机率，从而提升巷道掘进速度及掘进效率。

3.5做好地质勘探

采用"有掘必探、有疑必探"方针，充分利用物探、钻探技术对巷道掘进前方地质条件进行详细勘探，为后续的巷道掘进、支护以及安全措施制定提供参考。在巷道掘进过程中，合理制定检修作业时间，利用设备检修时间对巷道掘进面前方煤岩体进行综合勘探，实现巷道掘进、地质勘探相接进行，减少地质勘探对掘进工作的影响，提升掘进效率。

3.6掘进设备合理选型

在巷道掘进前就应对掘進巷道进行综合评定，确定采用的掘进机型号、规格。在巷道掘进过程中，带式输送机一般滞后于掘进机之后几十米左右。有些矿井在掘进工作面与带式输送机间布置刮板输送机，合理解决了掘进机及带式输送机无法高效衔接的问题。同时，为了满足矿井通风、瓦斯治理需要，矿井掘进的巷道断面普遍较大，采用传统的掘进方式不能实现巷道快速掘进。根据煤层顶板硬度大、局部范围内巷道需要破顶掘进的现状选择综掘机，不仅适宜煤巷掘进，而且还可以截割硬度较大的岩层、操作简单，自动化程度高。

3.7优化巷道支护

巷道支护高效开展是实现巷道快速安全掘进的重要环节，特别是复杂地质条件下的巷道掘进成为制约巷道掘进效率提升的一个关键因素。通过采用先进的掘锚护一体机，可以提升巷道掘进效率，从而提升巷道支护效率，实现巷道支护及掘进工作相配备。

3.8采用锚杆与U型钢架相结合的支护技术

在进行煤矿开采工作时，复杂的地质条件对煤矿开采的掘进工作进度造成了一定影响，使掘进工作进行时的安全隐患大大增加，遇到顶板煤层较薄弱区域极易出现坍塌情况，对开采工作人员的人身安全造成了一定威胁。因此，在对复杂地质结构的区域进行掘进工作时可以运用锚杆与U型临时钢架相结合的支护方式，进而达到保障采煤环境的稳定性和安全性的目的，搭建临时的钢结构能加强锚杆支护的坚固度，促使锚杆支护工作更高效的全面开展。另外进行截齿的设备质量一定要有超强的耐磨性，以便其在极其恶劣的工作环境中正常运作。

4我国煤矿快速掘进技术展望

近年来，人工智能、机器人、大数据、云计算都有了很大的发展。将这些技术引入隧道技术可以提高工作效率。使用大数据云计算可以分析不同隧道技术在复杂情况和案例下的优缺点。利用机器的自动化和智能化可以减少不必要的伤亡，提前发现更好的煤炭资源。

5结语

当前，煤炭固有资源的开采难度越来越大，为更好地应对这一问题，煤矿行业必须加大对煤炭资源开采各环节和设备运行方式的监督力度，使煤矿开采更加可持续，更加有序。我国煤矿生产开采技术正在向机械化、智能化方向发展，井巷快速掘进技术工艺也在不断改进和创新。

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