談采礦工程采空區(qū)巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)

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摘要：隨著采煤技術(shù)的發(fā)展，開采深度逐漸加深，對(duì)巷道支護(hù)提出更高要求。不斷優(yōu)化巷道支護(hù)技術(shù)，有助于煤礦安全高效生產(chǎn)。本文以陽煤一礦為研究對(duì)象，對(duì)該礦巷道掘進(jìn)支護(hù)方式進(jìn)行臨時(shí)和永久性支護(hù)設(shè)計(jì)，針對(duì)巷道中關(guān)鍵設(shè)備及施工過程進(jìn)行研究分析。實(shí)踐表明：設(shè)計(jì)的巷道支護(hù)達(dá)到預(yù)期效果，為礦井的安全作業(yè)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：煤礦；巷道；掘進(jìn)；研究

1.當(dāng)前煤礦高效掘進(jìn)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

大型煤礦依據(jù)地質(zhì)勘探及煤層分布位置進(jìn)行礦井開采技術(shù)設(shè)計(jì)，巷道掘進(jìn)效率直接影響到煤炭開采質(zhì)量，當(dāng)前我國(guó)煤礦巷道掘進(jìn)技術(shù)現(xiàn)狀如下：（1）現(xiàn)階段主要采用的巷道掘進(jìn)技術(shù)為綜合機(jī)械化技術(shù)，該技術(shù)涉及懸臂式掘進(jìn)技術(shù)和單機(jī)錨桿鉆機(jī)技術(shù)兩類。綜合機(jī)械化技術(shù)普遍用于煤礦開采中。我國(guó)自主研發(fā)的煤礦掘進(jìn)機(jī)，動(dòng)力性能好、適應(yīng)性好，運(yùn)用PLC控制技術(shù)，能及時(shí)有效監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)、發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，可靠性強(qiáng)。（2）我國(guó)吸收國(guó)外技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，自主開發(fā)的掘進(jìn)技術(shù)取得諸多成就，以小功率掘進(jìn)機(jī)為主，該機(jī)性能可靠、適用性強(qiáng)。但沒能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，后期進(jìn)口國(guó)外大功率掘進(jìn)機(jī)，應(yīng)用于大斷面掘進(jìn)。隨著煤礦開采技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)在大功率掘進(jìn)機(jī)方面還存在一定的差距，需要加強(qiáng)掘進(jìn)技術(shù)的提高，以提升煤炭開采效率。

2.當(dāng)前煤礦高效掘進(jìn)技術(shù)存在的主要問題

針對(duì)煤礦掘進(jìn)技術(shù)中存在的不足，需要實(shí)時(shí)改進(jìn)煤炭掘進(jìn)技術(shù)，提出對(duì)應(yīng)舉措，以促進(jìn)我國(guó)現(xiàn)代煤礦高效掘進(jìn)技術(shù)，現(xiàn)階段主要存在的問題如下：（1）掘進(jìn)機(jī)在作業(yè)中，遇到大塊巖石，且未能縮小切割深度的前提下，會(huì)造成機(jī)組滑動(dòng)，致使截齒磨損，時(shí)間一長(zhǎng)，造成截割電機(jī)短路，從而溫度急劇升高，致使電控系統(tǒng)癱瘓，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)燒毀電機(jī)。（2）礦用掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，需要及時(shí)補(bǔ)充油料，然而井下注油難度較大，若操作不當(dāng)會(huì)造成粉塵污染油液，使得維修時(shí)間延長(zhǎng)，從而造成掘進(jìn)機(jī)工作效率下降；掘進(jìn)作業(yè)過程中，根據(jù)巷道寬度進(jìn)行鏟板的調(diào)整，現(xiàn)階段諸多煤礦在鏟板更換安裝中，易于造成人工、材料的浪費(fèi)，從而成為制約采掘效率的不利因素之一。（3）煤炭開采企業(yè)為了提高產(chǎn)能、提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，諸多煤炭開采企業(yè)選擇機(jī)械化開采技術(shù)，然而受運(yùn)輸罐籠或巷道，尺寸影響，大多大型掘進(jìn)機(jī)無法及時(shí)運(yùn)輸?shù)骄孪锏乐?，不能?shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)；掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)過程中，產(chǎn)生大量粉塵，粉塵對(duì)礦工及設(shè)備均造成不良影響，從而影響掘進(jìn)機(jī)工作效率。

3.當(dāng)前煤礦主要掘進(jìn)技術(shù)分類

（1）巷道掘進(jìn)技術(shù)。煤炭高效開采需要巷道掘進(jìn)技術(shù)支持，煤巷綜合機(jī)械化設(shè)備主要為通風(fēng)除塵設(shè)備、刮板輸送機(jī)等。懸臂掘進(jìn)機(jī)主要用于掘進(jìn)巷道，在支護(hù)技術(shù)的支撐下，促進(jìn)煤炭產(chǎn)能增加，縮減投入成本。當(dāng)前，煤礦高效掘進(jìn)技術(shù)處于初級(jí)階段，仍需繼續(xù)改進(jìn)。（2）半煤巖和全煤巖巷高效掘進(jìn)技術(shù)。巷道縱斷面面積在3.3-1.2之間為半煤巖巷道。斷面以巖石為主，依據(jù)工況選擇適合的掘進(jìn)設(shè)備，選型時(shí)必須充分考慮其內(nèi)部元件的安全性能、安裝難度、操作方式難易度、截齒強(qiáng)度等因素，所選掘進(jìn)設(shè)備其截齒要具備足夠強(qiáng)度及力度，以便破碎巖石，提高掘進(jìn)效率。為確保安全通常選用質(zhì)量較大的開采設(shè)備。當(dāng)前多數(shù)全巖巷高效掘進(jìn)技術(shù)均為引進(jìn)技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中可能存有局限性，所以必須在全巖巷中覆蓋較為全面的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，從而推動(dòng)全巖巷的掘進(jìn)效率。在實(shí)踐中優(yōu)化掘進(jìn)技術(shù)，提升全巖巷掘進(jìn)技術(shù)的自主研究，助推我國(guó)掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展。

4.現(xiàn)代煤礦高效掘進(jìn)技術(shù)的改進(jìn)

（1）提高穩(wěn)定性，加強(qiáng)潤(rùn)滑系統(tǒng)。巷道掘進(jìn)作業(yè)過程中，需要在截割頭部位設(shè)置抗壓強(qiáng)度感應(yīng)器，若接觸大塊巖石時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，便于及時(shí)調(diào)整截割參數(shù)；設(shè)置自動(dòng)伸縮側(cè)支撐，提升掘進(jìn)機(jī)在作業(yè)過程中能夠平穩(wěn)運(yùn)行；因礦井下粉塵大，不適于人工注油，需要配置自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)，結(jié)合工況編制潤(rùn)滑程序，確保潤(rùn)滑良好，降低設(shè)備故障率。（2）降低粉塵、提升掘進(jìn)機(jī)預(yù)警。礦井下粉塵大，工況較為惡劣，不利于掘進(jìn)機(jī)的安全運(yùn)行，需要采取噴霧泵，改善巷道中的粉塵濃度，增加巷道環(huán)境濕度，為掘進(jìn)機(jī)的安全運(yùn)行創(chuàng)造條件。（3）實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)技術(shù)的自動(dòng)化、智能化。隨著煤礦開采技術(shù)的發(fā)展，掘進(jìn)技術(shù)得到大幅度改善，計(jì)算機(jī)斷面控制系統(tǒng)和遙控技術(shù)系統(tǒng)得以普及，巷道掘進(jìn)中，重點(diǎn)在推進(jìn)方向予以監(jiān)控、智能檢測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，提升自?dòng)化管理水平，保障掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行中實(shí)時(shí)調(diào)整截割參數(shù)和運(yùn)行軌跡，確保掘進(jìn)機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、減少生產(chǎn)投入。目前，煤礦綜采機(jī)械化的普及為煤礦向高效高產(chǎn)發(fā)展提供有力支持，快速掘進(jìn)發(fā)展成為開采技術(shù)的未來方向。煤礦巷道掘進(jìn)作業(yè)中，必須對(duì)巷道進(jìn)行有效支護(hù)，以提高巷道安全系數(shù)，錨桿支護(hù)是眾多支護(hù)方式的一種，該方式是一種常見并有效的支護(hù)方式，對(duì)圍巖起到較強(qiáng)的錨固作用，可有效增強(qiáng)圍巖本體穩(wěn)定性。該方式施工成本、材料成本較為經(jīng)濟(jì)，施工便捷勞動(dòng)強(qiáng)度較低，易于維護(hù)、安全系數(shù)高，有利于降低煤炭開采成本。但是，該支護(hù)方式的掘進(jìn)效率是制約后續(xù)開采的關(guān)鍵因素。因此，如何提高錨桿支護(hù)效率對(duì)煤炭生產(chǎn)具有重大意義。相關(guān)技術(shù)人員，務(wù)必提高重視度，切實(shí)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，探討有效加快掘進(jìn)速度的方法以期早日實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)的目標(biāo)。

5.煤礦地質(zhì)條件與支護(hù)參數(shù)

(1)煤礦地理地質(zhì)條件以某礦2#煤層底板開掘?yàn)槔?，該煤層埋深約250m，較為穩(wěn)定，為半亮型和暗型混合層，半亮層居多，結(jié)構(gòu)呈條帶狀。厚度區(qū)間4.9-7.3m，厚度均值5.93m；傾角變化范圍廣，傾角區(qū)間0-20°。其傾角平均值較小，約5°。整體而言，2#煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。該煤層直接頂主要由塊狀粉砂巖構(gòu)成，厚度均值約3.2m，易于垮落。該煤層直接頂?shù)纳戏綖橹猩皫r老頂，硬度較大，存有水平斜層理，層間存由互層，厚度高達(dá)14m。2#煤層直接底多為塊狀黏土巖，遇濕膨脹，硬度下降變松軟，厚度范圍0.28-2.68m。直接底下部為波狀粉細(xì)砂巖老底，發(fā)育良好，層厚范圍11.9-14.4m，平均厚度為13.2m。(2)煤礦巷道支架支護(hù)參數(shù)煤礦巷道斷面尺寸為（4.6×2.9)m，巷道選擇錨桿支護(hù)方式，錨桿為363型，頂板設(shè)置6根、兩幫3根。錨桿加固采取樹脂藥卷，此外敷設(shè)單層鋼筋網(wǎng)。為確保巷道圍巖穩(wěn)固性，選擇小孔徑的錨索予以加強(qiáng)，排距、間距參數(shù)分別為3.2m、1.6m，錨索長(zhǎng)度5.5m、根數(shù)為2根。掘進(jìn)設(shè)備和帶式輸送機(jī)布局，見圖1。巷道掘進(jìn)和支護(hù)原理，見圖2。

6.快速掘進(jìn)技術(shù)

(1)對(duì)管理機(jī)制予以創(chuàng)新該礦采用先進(jìn)的規(guī)劃和管理系統(tǒng)，可在生產(chǎn)作業(yè)過程中為計(jì)劃編制予以輔助，能夠?qū)τ?jì)劃中的全部信息實(shí)施管理和控制。該系統(tǒng)的使用提高生產(chǎn)效率，為快速掘進(jìn)提供理論基礎(chǔ)。鉆爆施工由兩部分構(gòu)成，即錨噴和掘進(jìn)，錨噴和掘進(jìn)相輔相成，逐一進(jìn)行不利于單進(jìn)速度。所以，該礦采取三班掘進(jìn)和邊掘邊噴的方式，以確保掘進(jìn)效率提升。另外，在施工班組的選用中，嚴(yán)格審查相關(guān)資質(zhì)及施工經(jīng)驗(yàn)，采用招標(biāo)制。為保障安全高效開展工作，三個(gè)生產(chǎn)班組均制定工作計(jì)劃和目標(biāo)，對(duì)每個(gè)班組進(jìn)行優(yōu)化管理，提升其主觀能動(dòng)性，全面提高掘進(jìn)工作人員的積極主動(dòng)性。薪資分配方面，實(shí)施四三三工資制，即安全、質(zhì)量、任務(wù)分別占比40%、30%和30%。淘汰“大鍋飯”制度。工資采用日結(jié)制。(2)充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的性能優(yōu)勢(shì)掘進(jìn)裝備的優(yōu)劣程度與掘進(jìn)效率緊密相關(guān)，掘進(jìn)裝備的工作穩(wěn)定性是保證掘進(jìn)目標(biāo)快速實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。該礦選用技術(shù)領(lǐng)先的MRH-S200M綜掘機(jī)。該掘進(jìn)設(shè)備性能優(yōu)良，結(jié)構(gòu)合理、堅(jiān)固耐用、切割力強(qiáng)、運(yùn)行可靠，能適應(yīng)各種工況，可實(shí)現(xiàn)安全高效快速掘進(jìn)。為保障設(shè)備良好運(yùn)轉(zhuǎn)，該礦制定嚴(yán)格的操作規(guī)程，委派專人對(duì)綜掘機(jī)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)及日常點(diǎn)巡檢工作。掘進(jìn)作業(yè)過程中，若出現(xiàn)頂板條件欠佳，必須停止作業(yè)，首先進(jìn)行巷道支護(hù)加固，防止將綜掘機(jī)砸傷。另外，及時(shí)清理綜掘機(jī)周圍雜物，確保設(shè)備運(yùn)行環(huán)境安全。全方位加強(qiáng)設(shè)備管理，確保設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率；嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，保障設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好，為快速掘進(jìn)提供保障，(3)選擇合理適用的錨桿鉆機(jī)錨桿支護(hù)需要鉆機(jī)配合，鉆眼速率和錨桿支護(hù)效率呈正比，而錨桿支護(hù)的速率與掘進(jìn)效率呈正比。所以，務(wù)必重視錨桿轉(zhuǎn)機(jī)選型。以前該礦通常選擇電煤鉆進(jìn)行打孔作業(yè)，受其電纜長(zhǎng)度影響，給實(shí)際操作帶來不便，同時(shí)電煤鉆為干式打眼，施工作業(yè)中產(chǎn)生大量粉塵，不利于職工身體健康。為改善現(xiàn)狀，選擇風(fēng)動(dòng)煤鉆。將干式鉆孔改為濕式鉆孔，既保證了鉆眼速度，又改善了操作環(huán)境。采用風(fēng)動(dòng)煤鉆后，打眼速度顯著提高，頂板得以很好的控制，巷道安全形勢(shì)好轉(zhuǎn)。

7.結(jié)論

綜上所述，伴隨科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，煤礦開采技術(shù)得到長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，煤礦管理水平不斷提高，這就需要煤礦開采設(shè)備不斷升級(jí)換代，促進(jìn)煤礦企業(yè)向信息化、專業(yè)化、集約化的方向進(jìn)行發(fā)展。新型掘進(jìn)機(jī)的應(yīng)用，為煤礦安全高效生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，煤礦企業(yè)需要結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造、煤層厚度等選擇適當(dāng)掘進(jìn)設(shè)備，通過技術(shù)變革，積累掘進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，為掘進(jìn)技術(shù)和掘進(jìn)設(shè)備的創(chuàng)新提供可靠依據(jù)。為我國(guó)的煤炭開采事業(yè)做貢獻(xiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]徐文鵬.煤層巷道掘進(jìn)工作面臨時(shí)支護(hù)裝置應(yīng)用研究[J].西部探礦工程,2020,32(6):163-164.

作者：張建宇 單位：陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司一礦