煤礦巷道掘進工藝及裝備的發展分析

楊 濤

(同煤集團 機電管理處，山西 大同 037003)

0 引言

煤炭資源作為我國的基礎能源，其在國民生產中占有十分重要的地位，特別是近年來，隨著我國經濟建設的飛速發展，國內很多重要行業都離不開煤炭資源，各行各業對煤炭資源的需求量不斷增大。而隨著各礦井已開采年限的增加，礦井可采煤炭資源量不斷減少，要想更好地滿足市場需求，這就對煤礦開采效能提出了更高的要求。煤礦巷道掘進工作作為煤礦開采作業中的一道重要工序，其掘進效能的高低會直接影響到煤礦開采的高效性，為此，本文分析了煤礦巷道掘進工藝及裝備，研究煤礦巷道快速掘進技術也顯得越來越重要。

1 煤礦巷道快速掘進工藝現狀

就巷道掘進施工而言，人們可把其具體細分為掘進部分與支護部分。其中掘進又主要包含掘、裝、運等內容,當前各礦井所用的掘進設備大多都具備掘、裝、運等功能，掘進設備也越來越成熟；而對于支護部分，基于其工作過程與效果可將支護工作詳細劃分為臨時支護與永久支護。其中臨時支護主要是為永久支護服務的，其主要起到了臨時防止頂板出現下沉的作用，進行永久支護作業一般會撤除臨時支護，在日常生產作業中，人們常見的臨時支護設備大致可分為棚式臨時支護、掘進機載前探式臨時支護以及掘錨機組臨時支護裝置；而永久支護主要起到長期保護頂板的作用，人們常見的永久支護方式主要有錨桿支護與錨索支護[1]。

1.1 后置支護快速掘進工藝

在進行巷道掘進施工作業時，相關作業人員應依據實際情況對掘進作業與支護作業進行科學、合理的調整，且應讓臨時支護作業與永久支護作業密切配合，當需要提高掘進效率時，通?？刹捎眠m當犧牲部分作業空間來進一步獲得掘進時間的后置支護方式來實現快速掘進。

對于后置支護掘進工藝而言，其包含的設備主要有掘進機、進行臨時支護的支架組、錨桿鉆機等，在后置支護作業中所用到的核心設備主要為臨時支護作業支架組。具體工藝流程為：采用掘進機實施掘進作業，裝運機進行清渣，同時讓支架組及時跟進開展臨時支護作業，借助運錨機進行永久支護，這樣便完成了單個循環作業。在該循環作業中，人們通常是一邊進行掘進及裝運清渣，一邊實施臨時支護作業與永久支護作業，二者可同時進行，這樣可顯著提高掘進效率，使巷道真正實現快速掘進[2]。

但在實際生產中，人們也發現當應用后置支護工藝來提高巷道掘進效率時，也存在很多問題，具體如下：①所用的臨時支護支架組結構較大，不僅會對掘進機的順利調動產生影響，而且也會使設備實際維護量大幅增加；②在工作面不斷向前推進作業中，支架組需對頂板進行反復支撐，易導致頂板發生破碎，增加了巷道頂板管理難度；③臨時支護實際支護強度通常不會很大，易造成頂板下沉，當進行永久支護時，易出現頂板離層現象；④后續用錨桿與錨索進行支護作業時，其支護時間很難與實際掘進速度完美匹配。

當采用后置支護快掘工藝來進行巷道掘進作業時，因其支護強度偏低且需多次反復支撐，因此當需支護的巷道頂板不是很穩定時不宜采用該支護方式進行支護;但當待掘進巷道頂板較完整、地質條件較好時，采用該支護方式進行支護作業會使巷道實際掘進效率得到大幅提升。

1.2 前置支護快速掘進工藝

在實際掘進作業中，在掘進迎頭就把永久支護頂板完成的這種快速掘進工藝為前置支護工藝，其采用的是掘一錨一以及掘一錨二的方式進行支護，該掘進工藝雖然會耗費部分掘進時間，但有助于更好地保障礦井頂板安全[3]。

當采用該種快掘工藝進行生產作業時，省去了臨時支護作業，或只在進行永久支護作業時，借助機載臨時支護設備來進行簡單的臨時支護，這樣可大幅縮短掘進耗時，提高掘進效率。在實際生產中，該掘進工藝的主要掘進流程為：先讓掘進機實際掘進一個或兩個錨桿排距，然后再讓掘進機適當后退甚至完全退出，采用錨桿鉆機實施錨桿支護，再讓錨桿鉆機退出，并讓掘進機到迎頭中試著掘進一個錨桿排距或兩個錨桿排距，這樣便順利完成了單個作業循環工序。

應用該工藝進行快掘作業時，可及時支護掘進頂板，頂板管理效果較好，較適宜掘進頂板破碎現象較嚴重以及頂板穩定性相對較差的巷道。因掘進施工與支護施工具有一定的互斥性，在巷道施工作業中，錨桿支護速度的快慢會嚴重影響掘進效率的高低，而該掘進工藝受掘進迎頭空間的制約，實際掘進效率不會很高。其對工人施工情況及設備運行情況要求也相對較低，但實際耗費的人力資源相對較多，手持錨桿鉆機設備較適合應用于該種施工作業中。在實際生產作業中，對于人力資源相對富裕的礦井，人們可嘗試著采用該快速掘進工藝進行作業。

2 煤礦巷道快速掘進工藝裝備及發展趨勢

2.1 交叉支護快速掘進工藝裝備

經長期應用，人們發現后置支護快掘工藝雖然實際掘進效率相對較高，但對頂板的管理不是很有利，而前置支護快速掘進工藝卻恰恰與其相反；采用后置支護快掘工藝進行掘進可使掘進速度實現最大化，但很難把頂板安全性統籌兼顧好。在實際生產作業中，為了使掘進速度與支護速度實現科學、合理的匹配，人們研究出了一種交叉支護快速掘進工藝，該工藝正逐步得到改進與完善。

采用交叉支護快掘工藝進行掘進作業，其主要用到的設備為雙錨掘進機。對于錨桿機集成型式而言，其主要集成方式大致可分為機身外部集成、截割部集成以及機身內部集成等。采用該工藝進行作業時，掘進機前置只用以實施必要的永久支護，用后置錨護設備來完成余下的錨桿與錨索支護作業，在此過程中同時開展掘進作業，可借助延長掘進作業時間來提升實際掘進效率。該掘進工藝的具體作業流程為：先讓掘進機掘進一個錨桿排距或兩個錨桿排距，再進行排渣并適當清理底板，然后讓機載臨時防護裝置展開將頂板護住，再讓機載錨桿機適當伸出，實施錨桿支護，再收回機載錨桿機，掘進機再掘進一個錨桿排距或兩個錨桿排距，與此同時讓后排進行錨桿及錨索的補打作業[4]。

借助交叉支護快速掘進方式施工，可在某種程度上使掘進速度與實際支護速度存在的不平衡現象得到適當緩解，這樣不僅大幅提高了實際掘進效率，而且能更好地保障頂板安全。但交叉支護掘進工藝也存在以下不足：①機載臨時支護裝置較難設計，若其設計不科學、不合理，可能會對司機的實際截割視線造成嚴重影響；②布設機載錨桿鉆機后，會使掘進機的寬度增寬、高度增大，會影響掘進機整機的實際適應性，降低其適應能力；③受錨桿機自身具體結構特點的限制，當實施錨護施工時，在某種程度上會增大操作難度。

2.2 交叉支護快速掘進裝備未來發展趨勢

通過對交叉支護快速掘進工藝與雙錨掘進機進行科學、合理的配合，不僅可把掘進效率與頂板管理二者都兼顧到，而且對作業施工條件要求不是很高，與單純的只采用后置支護工藝或前置支護工藝相比，屬于一種最佳的掘進工藝。該快速掘進裝備與工藝未來的重點發展方向為[5]：①對機載錨桿鉆機實際布設結構進行科學、合理的優化，同時進一步提高其對巷道的適應性與實際操作的方便性；②為提高后續支護速度，同時顯著減輕工人作業強度，可在系統后部裝設機載錨桿鉆機與運錨機；③對掘錨一體式掘進機具體結構進行科學、合理的優化，以進一步降低設備生產成本，同時增強其工作適應性；④對臨時支撐結構進行改進優化，使得實際掘進時間盡量長，以提升掘進效率[6]。

3 結束語

總之，在實際生產作業中要想顯著提高礦井巷道掘進效率，相關施工人員必須從本礦井的實際情況出發，制定出適合自身掘進施工的掘進工藝，并應對掘進時間與支護時間進行科學、合理的分配，這樣才能最大限度地提高掘進效率，使礦井巷道實現快速掘進，進而為企業創造出更多的經濟效益。