煤矿岩巷掘进装备及掘进工艺发展方向张旬

煤矿岩巷掘进装备及掘进工艺发展方向张旬

张旬

安徽理工大学、中煤新集刘庄煤矿安徽省淮南市232001

摘要：近年来，我国的采掘装备生产制造水平在不断提高，国家非常重视机械制造产业的发展，出台了一系列向煤机制造产业倾斜的有利政策，激发了国内煤机企业科技创新的激情，一大批具有自主知识产权的专利技术转化为产品，并形成了一定的生产规模。企业作为技术创新的主体，快速地推动了我国煤机产业的发展。

关键词：煤矿岩巷掘进装备；掘进工艺；发展方向

1岩巷施工技术与装备概述

1.1支护技术

巷道支护技术的成熟与稳定关系到煤矿开采的安全与效率。与我国煤矿开采深度的不断增加相一致，我国煤矿井巷支护技术经历了一个不断发展的过程，无论是支护材料还是支护技术都发生了巨大的变化，从单一型发展到联合多强化型，从木材、混凝土发展到金属支架。进入二十世纪，岩巷支护技术取了许多突破，70年代光爆锚喷技术进入我们的视野，90年代“三小”（钻头、锚杆、药包）在媒体开采中得到了推广普及。整体上我国煤矿支护技术朝着价廉、高效、稳定、安全、操作简单的方向不断发展，为巷道掘进准备了良好的条件。

1.2岩巷掘进装备

新中国成立之后，受到我国的工业化、机械化工程深入推进的影响，我国煤矿行业特别是煤矿开采的机械化程度显著提高，截至2009年，我国国有重点煤矿的机械化程度已经高达85.5%。在机械化过程中必须要提及的就是巷道支护、凿岩、运输等方面的装备。凿岩设备从最初的手持式装备过渡到气腿式风动凿岩装备，再发展到液压（气动）凿岩装备。支护设备方面，锚杆钻眼从电动钻机发展为机载式液压钻机。此外，挖斗装岩机、仓式列车、梭式矿车也逐渐推广应用。最后，在借鉴引进发达国家技术与自主研发的基础上，全岩巷掘进机的发明与应用给我国煤矿岩道掘进的发展带来了新的动力。全岩巷掘进机主要分为以下两种：一是全断面掘进机，主要适用于隧道施工；二是重型悬臂式掘进机，一般应用在煤矿井下硬岩巷道环境中。

1.3岩巷掘进工艺

1.3.1光面爆破技术

我国在上世纪六十年代开始对预裂爆破和光面爆破进行试验和推广，到七十年代左右已经被广泛应用于水利、地下建筑以及煤矿行业中。煤矿岩巷工程技术在有效统一的光面爆破技术与锚喷支护技术后已经比较完善。在保证施工质量及安全性、提升掘进速度、降低体力消耗和减少材料消耗上，都获得了比较理想经济效益与社会效益。近年来，我国在地下与煤矿工程中广泛应用了光爆锚喷支护技术，并且体现了良好的应用效果，其优势主要有三点：首先，效率得到了提升，便于机械化的开展，有效降低了人工劳动的成本；其次，光爆锚喷施工的质量比较高，降低了围岩松动、破坏以及位移发生的概率，进一步提升了安全性；最后，大幅度降低了成本的损耗。光面爆破其实从本质上讲，就是利用装药构造的独特性，选用科学的光爆参数以及起爆次序，使得实现了光滑、平整岩石壁面的开掘。

1.3.2支护水平的提升技术

实时支撑围岩是在开挖岩巷后必须及时进行的作业内容，以此来避免出现岩石破碎冒落的情况发生。目前，我国在煤矿施工主要采用的是锚杆支护，其主要是利用锚入围岩的锚杆，来改变围岩力学的状态，促使巷道周围形成稳定的岩石带，从而利用锚杆与围岩的一起作用实现巷道的维护。与架棚支护相比，这种支护方式的优势就比较明显，比如可以降低通风阻力、适应能力强、工作安全、巷道变形情况少、维护成本少以及掘进断面小等优点。但是，同样这种支护方式也存在着一些不足，如不能有效预防围岩的风化、不能避免锚杆之间裂隙岩石的剥落。所以，在使用这种支护技术的过程中要结合其他的支护手段一起。锚喷支护是近些年来发展和应用较广的一种支护方式，可以最大程度提升其经济效益。

1.3.3输送系统的完善技术

在以往的岩巷掘进技术中，绞车、电瓶车以及耙装机是常见的输送方式。这种输送的手段不仅无法最大程度提升输送的效率，还会在输送中存在众多安全问题，会对掘进的速度产生非常严重的影响。因此，需要进一步优化输送的方式，这是提升岩巷掘进技术的重要手段。利用胶带输送机就可以有效解决上述问题，其优势主要有：其由于自动化集中控制手段使得维护和操作起来比较方便，输送成本也得到了降低、并且提升了岩巷掘进管理的安全性以及减少了人工劳动的强度，同时这种输送方式还具有紧凑的结构，使得耗能会相对比较少。

2全岩巷掘进机技术发展方向

整体来看，在一段时间内，全岩巷掘进技术仍然会沿着综合机械化与钻爆发的发展轨迹推进。首先是综合机械化，在机械化的基础上着力提高技术之间的融合性以提高整体效益，探索智慧型装备。目前，我国已有部分大截割功率的岩巷掘进机研发完毕并进入试验阶段。钻爆法作为掘进技术中的一个较为成熟的技术仍然是硬岩巷道掘进的主力。此外，综合其功耗、经济、效率等多方面的优势，液压钻车、机械化装载等技术受到了业内的广泛好评，或可成为未来岩巷钻爆法掘进的一个趋势。

3矿井巷道掘进工艺的发展

我国煤矿开采环境复杂化程度不断加深，煤矿开采不确定要素增多，开采难度增大，这都使给当前的巷道掘进技术提出了挑战。为应对这些挑战，必须要改进工艺，提高巷道适应性。根据实践中的一些经验，我们认为未来的矿井巷道掘进工艺应该重视以下几个方面。

3.1岩巷向煤巷发展

岩巷向煤巷的发展主要有两个动力，这一转化是煤矿设计不断优化的结果，也是经济效益的必然选择。

3.2煤层顶板巷道或全煤巷道

以往的岩石顶板煤巷逐渐变少，沿煤层底板掘进的方式逐渐成为主流。特别是应对厚煤层和中厚煤层，沿顶巷道和全煤巷道将成为主流的方式。

3.3拱形断面向矩形断面发展

虽然传统的巷道拱形断面在一定程度上可以优化巷道受力状态，但这种结构要求掘进设备要求高，效率较低，还可能会破坏顶板。

3.4小断面向大断面发展

以往的小断面不利于矿井挖掘机械化与自动化的发展，逐渐变为大断面。

3.5单巷布置向多巷布置发展

以往的单巷布置抵抗风险的能力较低，不利于挖掘安全，也不利于系统功能的扩展。

3.6巷道在向满足高地压和多次动压的方向发展

矿井开采力度的加大，上覆地层的高强度移动变形，形成较大的动压，对巷道的破坏较大。锚杆支护设计的研究在向着满足高地压和多次动压的方向发展。从煤矿巷道工程发展的方向来看，研究巷道的掘进工程非常重要。一个矿井，煤巷工程量要占矿井总工程量的75%～85%。在生产矿井的巷道总工程量中，煤巷工程占总工程量的80%以上。减少岩巷工程，尽可能多掘煤巷工程，是矿井提高经济效益的一项重要手段。为此，研究和探索煤巷的快速掘进装备和技术，是生产矿井的一项主要工作。目前的煤巷掘进破岩方式主要有钻眼爆破掘进和掘进机掘进两种。钻眼爆破掘进法，适应性强，但施工工序多，劳动强度大，掘进效率低。而掘进机掘进法，机械化程度高，劳动强度低，效率高，但适应性差，仅适用于煤巷施工。

结束语

煤炭产业作为我国的基础能源产业之一，是我国经济的支柱产业，其运行稳定关系到我国的经济建设大局和国家安定大局。当前，我国煤矿开采主要是井下作业的方式，换言之，巷道掘进作业对于我国煤矿开采至关重要。近年来，在煤机制造方面我国政府出台了系列的政策，在这些政策的支持之下，我国煤机科技创新取得了瞩目的成就，且技术产业化程度高，转化速度快，产学研一体化的良好结构逐步成型并日渐成熟。

参考文献：

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[3]王文俊.岩巷快速掘进影响因素分析及工艺的优化[J].煤炭与化工，2017，40（02）：145-147.