煤矿井下巷道快速掘进技术分析

陈艳明

摘 要：随着煤矿井下综采作业装备自动化水平的持续提升，目前，煤矿井下生产中最为突出的问题已经逐渐偏向于综采效率提升与掘进技术水平不高之间的矛盾。因此，本文详细分析煤矿井下巷道掘进技术面临的问题，并提出多种方法来优化掘进技术，以促进井下巷道掘进效率的提升，同时保证掘进的安全性。

关键词：煤矿;巷道;快速掘进

中图分类号：TD263文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）09-0082-03

Abstract： With the continuous improvement of the automation level of fully mechanized mining operation equipment in underground coal mines， the most prominent problem in underground coal mine production has gradually been biased towards the contradiction between the improvement of fully mechanized mining efficiency and the low level of tunneling technology. Therefore， this paper analyzed in detail the problems faced by the tunneling technology in coal mines， and proposed a variety of methods to optimize the tunneling technology to promote the efficiency of tunneling and ensure the safety of tunneling.

Keywords： coal mine;roadway;rapid advance

随着自动化技术的不断发展和广泛应用，煤矿井下巷道快速掘进技术出现，而巷道断面智能成型技术与掘进机位置自动监测与纠偏技术可以促进掘进机实现巷道自动成型作业。从目前煤矿井下技术实际应用来看，合理使用煤矿井下巷道快速掘进技术可以有效提升整体技术水平，提高一次成型率和掘进效率，这样就能满足井下采掘平衡需求，保障综采作业的经济性。

1 快速掘进技术构架

在综采作业中，掘进机工艺流程主要包含姿态调整、巷道断面截割、掏槽定位、刷帮扫底和收煤等环节。其中，掘进作业效率与断面成型质量会受到掘进机姿态调整精度和巷道断面截割方式的影响。当前，人们需要合理使用各种先进技术的，进一步提升巷道掘进作业的效率与稳定性[1-3]。

2 巷道快速掘进的制约因素

为了提高煤矿井下巷道快速掘进技术的使用效果，人们需要明确巷道快速掘进的制约因素。

2.1 地质构造条件

一般来说，煤矿生产很容易受到地质构造的影响。影响煤矿巷道掘进的首要因素就是生产区的地质构造，其中容易存在断层、褶皱等，不仅会让煤炭开采变得更加复杂，还会严重影响煤矿巷道的掘进速度。对于煤矿工作面而言，褶皱构造、煤岩硬度、瓦斯量和涌水量等因素都会直接影响巷道掘进速度。

2.2 施工工艺水平

在煤矿开采过程中，实际开采速率会受到施工工艺的影响。目前，煤炭企业大都选择使用大断面U型棚支护或者复合支护等工艺。很多传统支护工艺拥有较大的支护强度，并且支护巷道断面大，不仅可以满足行人与通风的需求，也能满足掘进设备安装和煤炭运输的需求。但是，传统支护工艺存在部分缺点，若施工经验不足或技术应用不到位，会影响巷道的掘进速度。

2.3 掘进设备性能

社会经济的发展使得煤矿巷道掘进设备技术水平持续提升，但是相比发达国家的掘进设备，国内掘进设备的整体工艺水平相对落后，信息化、机械化、自动化程度都跟不上发达国家。尤其是对于部分重要的元器件，我国还没有真正掌握核心技术，导致相同产品的生产存在较大的差距。例如，虽然煤炭的装卸与运输机械化水平已经明显提高，但是喷浆、打眼等方面的机械化水平依旧偏低，有时甚至需要采用人工方式[4]。

3 煤矿井下巷道快速掘进技术分析

基于影响煤矿井下巷道快速掘进的因素分析，人们需要采用合理的技术措施，有效满足煤矿井下巷道快速掘进的需求。下面以某煤矿2506底抽巷为例，分析煤矿井下巷道快速掘进技术的选择。

3.1 优化掘进设备与配套设备

3.1.1 挖掘装载机+二运皮带+可伸缩胶带输送机+溜矸眼作业线。该方案（下称方案1）主要由挖掘装载机、二运皮带、可伸缩胶带输送机和溜矸眼组成，它在我国煤矿巷道掘进过程中有较为广泛的应用。设备布置情况如下：挖掘装载机后面紧接着胶带转载机，其与可伸缩胶带输送机搭接，工作面爆破后的矸石通过挖掘式装载机装运到二运皮带，然后转运到伸缩皮带，经伸缩皮带转运到溜矸眼。

方案1可实现矸石连续运输，利用溜矸眼缓冲，减少矸石转运停歇时间，能充分反映挖掘装载机的生产效率，装载、运输生产能力大，掘进速度快。由于胶带延长速度快，这套方案能利用胶带延长时间进行永久支架安设，有效地利用掘进循环时间，提高实巷单头单进的掘进水平。方案1的主要缺点在于钻爆作业需要人工使用风钻打眼。

3.1.2 挖掘装载机+梭车作业线。该方案（下称方案2）由挖掘装载机、梭式矿车和牵引电机车等部分组成。原煤通过挖掘装载机、胶带转载机卸载于梭车内，然后通过牵引电机车拉至卸载地点卸载。

方案2工序衔接比较灵活，适用于不同弯角变化的巷道，梭车可以按實际需要进行穿插和搭接，把工作效能提高到最大。但是，方案2不能连续装载，只适用于装卸地点较近、运输距离较短的条件。

3.1.3 掘进机+二运皮带+可伸缩胶带输送机+溜矸眼作业线。该方案（下称方案3）主要由掘进机、二运皮带、可伸缩胶带输送机与溜矸眼组成。设备布置情况如下：掘进机后面紧接着胶带转载机，后者与可伸缩胶带输送机搭接，破下的矸石装上转载机，卸在胶带输送机上运出。

方案3可以实现矸石连续运输，利用溜矸眼缓冲，减少矸石转运停歇时间，同时充分反映掘进机的生产效率，装载、运输生产能力大，掘进速度快。因为胶带延长速度快，该方案能利用胶带延长时间进行永久支架安设，有效地利用掘进循环时间。但是，方案3投资比较大，对巷道岩石硬度要求高，如遇岩石硬度超过10的岩石，掘进机切割慢，浪费截齿。另外，掘进机掘进期间产生大量粉尘，若防尘设施不好，则会对人体造成伤害。

3.1.4 配套方案选取。针对上述三种方案，笔者结合实际案例加以分析。当巷道使用挖掘装载机+皮带运输+溜矸眼作业线进行施工时，方案1更适合采用。其间采用中深孔爆破，掘进进尺有了保障，联合机械化出矸作业线能够保证工作面处的不间断性。在同等条件下，工作效能将发挥到最好。在巷道坡度变化大和双巷掘进时，方案2比较适合。方案3在岩层比较稳定的巷道内比较实用。

根据2506底抽巷的现有地质条件分析，很明显，方案2和方案3不适用于该巷道掘进。该巷道为单巷掘进且巷道倾角为9°～11°，巷道坡度变化小，该运输巷的总掘进长度为1 170 m，掘进长度远大于800 m，地质方面，工作面有多处过断层和探巷，地质条件复杂，综合分析方案1和方案3来看，方案1的工作效能发挥最好。因此，配套装备优化最终选择方案1：挖掘装载机+二运皮带+可伸缩胶带输送机+溜矸眼作业线。

3.2 利用智能掘进技术

传统的煤矿井下掘进主要利用人工掘进方式进行控制，在进行截割作业时利用井下掘进作业环境与人工操作经验，基于蛇形截割路径来加以处理，但是经常会出现偏移问题，影响成型质量。反复的截割修正会对井下巷道掘进作業效率和稳定性产生影响，所以按照长时间的井下截割作业经验来分析，提出一种回字形截割方案。在使用本方案的过程中，路径规则要满足采煤机的智能化截割主业处理要求，避免反复修正，提升一次成型质量。具体的规划路径如图1所示，按照不同要求，截割作业又包含了正回和逆回两种方案[5-6]。

在实际的操作中，为了匹配路径规划方案，掘进机主要通过记忆截割来规划方案。掘进作业环节，首先要扫清浮煤，然后才能进刀，等完全切入岩壁后，就要停止进刀，截割臂会从一端开始，一直朝另一端开展掏槽作业，之后开展垂直截割处理，按照设定好的回字形截割路径来开展煤矿巷道的掘进处理，最终达成巷道的一次成型。这种掘进方式的优势在于巷道外侧直接切入，在截割巷道内侧截面时要求进行慢速截割，以保障巷道截面的质量;成型后就可以开展高速截割，确保巷道截面成型质量，尽可能提升巷道掘进效率;要按照实际应用需求选择智能掘进方案，满足巷道截面一次截割成型的需求，并且提升工作效率。

4 煤矿井下快速掘进技术的未来发展趋势

在充分掌握各项快速掘进技术后，人们需要准确分析快速掘进技术的未来发展趋势，这样才能真正迎合煤矿井下快速掘进的生产要求，以此来提升煤矿企业的生产效益。

4.1 掘锚一体化技术

随着科学技术的不断发展，现阶段，煤矿生产企业十分重视掘进技术的实际生产效率。所以，未来需要注重掘锚一体化技术的应用，这对于井下快速掘进有着重要的推动作用。相对于其他掘进技术，掘锚一体化技术拥有诸多优势。第一，其实际应用领域广阔，同时能够满足掘进生产效率的要求，进而达到明显的巷道成型效果。第二，这种技术在生产环境相对恶劣的单巷与双巷掘进中能够得到广泛的应用。第三，掘锚一体化技术的使用能够实现锚杆支护效果的进一步提升，同时能够优化现有生产环境，以降低作业强度。

因为有了上述优势，所以掘锚一体化技术得到广泛使用。锚杆钻机与连续采煤机二者相互配合，不仅可以实现锚护作业与掘进作业的统一，也能实现掘锚机组的相对滑动。在开展煤矿井下作业时，这样还能够提升截割设备与运输设备的实际能力，最终减少井下作业中锚杆钻机的分布数量。在我国，不同煤矿的区域地质条件存在较大的差异，所以人们要考虑掘锚一体化技术的应用，这样就能够更好地面对各种环境缺陷，从而研究地质条件，进一步优化生产工艺。

4.2 大断面多巷掘进工作中挖掘机技术的推广应用

随着时代的发展，越来越多的煤矿企业开始接触大断面掘进工作。为了将工作顺利实施下去，人们可以合理使用连续采煤机，这样不仅可以全面提升掘进作业效率，也能够降低实际生产成本，最终实现采掘一体化目标。

5 结语

为了更好地满足煤矿井下巷道快速掘进技术的要求，本文提出了一种全新的支护方案。影响煤矿井下综采作业效率的因素主要有三，即地质构造、施工工艺与施工设备。在煤矿井下巷道快速掘进技术的应用过程中，人们要做好快速掘进技术比较分析，有效提升井下巷道快速掘进效率和一次成型率，保证煤矿井下巷道掘进的一致性，推动煤矿井下巷道快速掘进技术的有效应用。

参考文献：

[1]王晓明.岩巷快速掘进优化设计及应用[J].机械管理开发，2020（12）：175-176.

[2]杨伎鸿.半煤岩巷道快速掘进施工技术探析[J].能源与节能，2020（12）：119-120.

[3]丁永成.高效快速掘进系统现状及支护设备发展[J].煤炭工程，2020（12）：168-171.

[4]杜国凯.半煤岩巷道快速掘进技术研究[J].中国石油和化工标准与质量，2020（23）：154-156.

[5]杨志强.提高岩巷掘进效率的措施[J].机械管理开发，2020（11）：183-184.

[6]丁继国.矿山岩巷快速掘进技术分析[J].当代化工研究，2020（22）：27-28.