煤矿井下巷道快速掘进技术的研究

2021-04-11

当代化工研究 2021年8期

（山西蒲县华胜煤业有限公司山西 041206）

随着我国对工业的发展，人们的采矿量增加，伴随而来的是井下巷道掘进工程量的提升，因此对井下巷道掘进工作开展效率要求也有所提高。但是我国巷道掘进工作技术中还存在一定的局限性，对巷道掘进效率和质量不利。下面就对煤矿生产中岩巷掘进问题进行探讨。

1.快速掘进技术介绍

煤矿井下巷道快速掘进技术在煤矿开采工作中占有重要地位，是一项非常重要的技术。目前我国煤矿井下巷道快速掘进技术的主要工艺流程主要包括五个内容，其中采煤机姿态调整和巷道断面截割是其中比较关键的项目。因为这两项工作开展的好坏会对掘进作业速度和质量产生很大影响。所以，必须深入研究以掘进机姿态监测、纠偏及巷道断面自动成型这两个方面的技术应用[1]。与此同时，掘进机作为掘进工作开展的主力，其事故发生率也会对掘进效率产生影响，因此还应该重视掘进机故障自动监测技术研究，通过深入研究来发现问题和解决问题，或创造出更佳的掘进技术。

(1)采煤机位姿纠偏技术

掘进机的掘进位姿检测与纠偏技术的作用原理可以简单概述为：通过使用大量传感器设备来实现对掘进机的状况的实时监测，并使用组合定位算法和惯性导航位姿解算方法来对检测的数据进行计算，以便根据计算结果确认掘进机的实时工作状态。但是实际工作中，纠偏方案的制定需要根据实际情况来进行确定。因为煤矿井下巷道的地质环境具有复杂性，因此在巷道开展掘进作业时会受到很多因素的影响，使得其位姿呈现出不断变化的现象，不能满足巷道掘进的一致性要求[2]。虽然目前已经在掘进中使用了用机器视觉定位、超声波定位、激光定位等多种技术，但是这些技术单个应用的过程中很容易受到各种因素干扰，与实际工作开展的快速与精确等要求不符。所以研究开发出了多种技术组织应用的方法和纠偏方案，这种系统中不仅包括了之前单一的技术，还将捷联惯性导航定位技术应用其中，在系统中设置了四个移动式捷联惯导定位基站和四个固定式捷联惯导定位基站，实现了整体定位纠偏。在实际应用中，可以通过对掘进机的运动相对变化量来得到掘进机工作中的位姿变化，然后与激光测距设备来联合使用，确定掘进机模块坐标值，进而实现对掘进机位姿的确定。

(2)巷道自动截割成型技术

煤矿井下巷道结构截割轨迹不同，形成的巷道成型结果也不同。目前最常用的轨迹路径是“S”形。具体掘进作业时，截割系统会第一时间读取掘进机的绝对位姿，然后依据捷联惯导原理计算出掘进机截割机构与巷道的相对位置坐标，再设定截割切入点，并按照之前设置好的截割路径开展自动成型作业。断面自动成型应用主要涉及到三种技术，这三种技术主要包括：分析断面成型误差、自适应截割控制及截割轨迹跟踪[3]。通过三者的综合应用，最终实现断面自动成型截割。掘进技术应用过程中截割作业过程不仅包括截割作业本身，还包括扫底、刷帮等作业。

(3)掘进机的故障监测技术

掘进机的故障监测技术的具体应用过程就是自适应诊断的过程，诊断的内容涵盖范围很广。实际操作中需要依靠系统内部设置的隔离传感器来实现对截割转速、截割电流及位姿状态等各类运行状态信息的监控和对比，及时了解掘进机的即时运行状态，然后按照运行状况的不同来进行系统自动检测及报警。如果参数超出既定设置范围5秒后，就能进行故障报警和数据原因分析。

2.目前巷道快速掘进技术应用中存在的问题

(1)机械化装备水平低

我国的巷道作业主要分为两类：一类是包括打眼、装岩、转载、运输等环节在内的高档机械化作业线。这些环节的高档之处，就在于这些环节基本实现了机械化配套，或者使用的工具和设备具有高效的特点；另一类则是包括采用机械化装载、运输，且打眼、喷浆等机械自动化水平较低的普同型机械化作业线，这些环节往往还使用人工作业，且具有劳动强度大、耗时长且效率低等特点。与此同时，我国井下巷道作业中很多单位都使用单轨绞车运输，需要绞车摘挂钩工来进行作业，提升了作业危险性。同时还存在矸石运输困难的问题，整体运输操作较为复杂，且效率低下，影响掘进效率。

(2)巷道支护技术不足

首先，巷道支护技术众多，但是都具有其缺点，其中综合应用效果较好的锚喷支护在巷道掘进中被广泛应用。但是缺点也很明显，其缺点包括打锚杆速度不快、巷道内喷浆速度慢、整体支护效果不佳等。这些缺点会影响巷道掘进平行作业效率和掘进速度等。

(3)爆破技术较差

目前我国煤矿井下巷道快速掘进技术应用中存在一个问题，就是爆破过程中自由面少、且爆破技术差。且我国巷道爆破管理中还存在很大的问题，常常出现少打眼、乱放炮的问题，加上作业时炮眼面临的夹制力问题，可以直接引发炮眼利用率低、成型质量差、围岩松动破坏严重等不良后果。

3.煤矿井下巷道高效掘进的有效措施

(1)重视地质预测工作

对于煤矿井下巷道而言，不管是什么材质或类型的巷道，都具有地质条件复杂的特点。一旦地质预测预检工作开展不到位，盲目地进行开采，就可能在掘进过程中出现断层及构造带等问题，在影响施工进度的同时，影响施工安全。因此必须重视地质预测工作的开展。在巷道掘进前利用三维物探、钻探等先进科学方式对巷道的地质条件进行探查，掌握巷道地质条件，明确掘进过程中可能出现的问题，以便做到心中有数，提前有针对性地采取应对措施、准备对应的工具和设备，为巷道的连续施工、快速掘进奠定基础。

(2)重视运输系统建设，提升排矸速度

实际工作中，一旦出现矿车排矸运输速度慢的问题，肯定会对岩巷掘进速度产生影响，甚至可能产生安全隐患。所以重视排矸运输系统建设，提升排矸速度非常有必要。建设人员可以通过将矿车运输改为皮带机链板机系统运输或者使用皮带机系统和梭车集中运输等方式来提升运输效率。

(3)提升爆破效果

爆破效果会对巷道快速掘进效率和质量产生应用，因此必须重视爆破工作的开展，通过采用中深孔爆破、多循环作业等形式来改善爆破效果，进而提升高循环进尺和炮眼利用率。

首先，在岩巷掘进中使用风钻钻爆破眼技术。这种技术的应用重点则是在每个掘进头中设置5到6台风钻，且保持风钻钻眼深度在2m到2.2m之间。钻研施工时必须保证相关责任制落实到位，且需要确定中腰线位置，并根据中腰线的位置来进行具体的钻眼轮廓和钻眼位置确定。同时在钻眼工作开展后，必须把握钻眼的位置的准确性及各眼位的平齐、垂直性，为确保爆破后作业面的垂直性和整齐性奠定基础。同时按照岩石硬度的不同来调整爆破图表，这个过程中还必须重视钻眼装药量。然后进行施工方案、程序及效果的研究和确定，以保证巷道的成形效率和质量。

其次，煤巷的掘进措施。煤巷掘进作业必须考虑作业的安全性，一般而言，将迎头炮眼深度进行控制，并保持底部眼、掏槽眼、两帮及中部炮眼的深度为2m，同时顶部炮眼的深度是0.7m。在放炮工作完成之后，把第一个棚架设在0.7m处。

最后，创新爆破工艺。进一步根据巷道特点来进行爆破技术研究，深入探索对应条件下爆破工作开展的最佳参数组合，在保证爆破作业安全进行的前提下开展爆破技术创新工作。

(4)提升设备运转率及使用寿命

掘进设备是掘进工作开展的基础，因此设法提升设备运转率，延长设备使用寿命显得非常重要。实际工作中提升和延长措施一般包括两个方面：首先，安排专门的人员做好对掘进设备的日常点检和维护工作。使其运行期间始终处于良好的状态，避免设备带病作业的情况发生。在保证设备运转率的同时延长设备的使用寿命；其次，制定设备维护管理制度，组织设备维护管理培训，提升相关人员的服务意识、维护管理意识和责任心。

(5)加强岩巷综掘粉尘治理

在岩巷掘进技术应用中，粉尘治理又是一项重要内容，一旦处理不到位就会出现粉尘浓度过高的问题。若被巷道内作业人员吸入身体内部，产生尘肺等职业病或中毒情况，会影响其身心健康。因此必须采取措施来对粉尘进行治理。首先，在工作空间内安装喷雾压力≥5MPa的高压防尘供水系统，同时要求喷雾系统喷雾过程要经过一百二十目的过滤器过滤；其次，在水幕前方设置大于多于两组正压防尘面罩，同时保证经过油水、活性炭、精细等三层设备系统过滤。作为巷道作业者，司机也需要佩戴防尘面罩等。无关人员严禁到降尘水幕之内的范围；最后，在巷道内部的工作转载点及卸载点设置挡尘罩或喷淋设施等设置防尘、隔爆设施。