矿山开采中快速掘进技术的应用

矿山开采中快速掘进技术的应用

刘吉

榆林市榆神煤炭榆树湾煤矿有限公司 陕西省榆林市 719000

摘要：我国煤炭资源丰富，井工煤矿开采占比达90%，为形成完备的生产、通风、辅助运输等系统，单个煤矿每年新掘巷道可达15000m，工程量巨大，往往面临采掘接续紧张的问题。掘进工作面人员密集，安全性较差，冲击地压等动力灾害显现往往导致巷道断面急剧收缩，甚至闭合，造成人员群死群伤，严重制约了矿井的安全高效生产。近年来，快速掘进理论及设备取得了一定进展，掘进效率及安全水平得到了显著提高，但相比于回采工作面，掘进工作面整体效率及安全性偏低，成为制约煤矿安全高效开采的关键因素之一。

关键词：矿山开采；快速掘进技术；应用

引言

煤矿采煤、掘进、机电、运输、通风五大主要生产系统中，掘进是最为重要的生产子系统之一，它为其他四大系统以及排水、通讯等子系统提供了通道保障。截止到2020年底，我国现有生产矿井约4700多座，其中井工煤矿数量超过90%、产能占比约81%；煤矿采煤工作面5000个左右，而掘进工作面数量近1.6万个；2020年，全国原煤产量约39亿t，按照万吨平均掘进率50m估算，我国煤矿每年掘进巷道长度近1.5万km，其中煤巷掘进巷道长度1.1万~1.2万km/a，巷道掘进速度慢是造成采掘失调的主要原因。另一方面，巷道掘进、支护等工序用工超过70万人，约为采煤人员的3倍多；巷道掘进成本约占全矿井生产成本50%左右；同时，煤矿井下巷道掘进是安全生产事故高发区域，2012—2019年发生在巷道掘进期间的瓦斯、水害、顶板较大及以上事故占比达到48.9%、58.6%和27.7%。因此，实现煤矿井下巷道安全、快速掘进至关重要。

1矿山开采中快速掘进技术影响因素

1.1地质条件因素

我国地质条件构成具有一定特殊性，对于煤炭开采地区来讲，地质结构相对复杂，若想保证技术应用效果，需要在技术应用初始阶段对地质条件进行全方位勘查，及时了解煤岩硬度和融水量，最终实现数据分析工作。只有真实了解地质条件的现实状态，才能保证技术应用效果。对于地质条件差地质结构复杂的环境，会直接影响技术应用效果和工程推进速度，在技术应用初始阶段，需要保证顶板稳定，设置完善的内部支护条件，为设备应用提供安全空间。

1.2设备选型因素

机械化设备的快速发展加快了岩巷掘进，较大程度地减轻了工人的劳动强度，但不同的机械化设备有其自身的适应条件，选择时应根据实际情况给予取舍。岩巷掘进使用钻爆法进行破岩，钻孔施工效率很大程度上决定着岩巷掘进的单进水平。

2工况概述

某矿井面积8.22km2，储煤量129mt，勘察结果显示项目的煤质良好，焦煤、肥煤占据较大比重。矿区周边交通设施配套齐全，道路通达条件良好，为煤炭资源的运输提供了良好渠道。经过对现场地质条件、交通条件等多项因素的分析后，确定适用于实际环境的煤炭开采技术，即快速掘进技术。通过对该项技术的合理应用，有效开采量保持较高水平，且安全得到保证。

3矿山开采中快速掘进技术的应用

3.1掘进工艺

差异进刀，根据当前作业场所的地质条件采取合适的进刀方法，全程动态化调整。遇地质条件较好的区域时，从中间进刀，辅以四周片帮的方法，通过多重措施的落实，有效提高掘进效率；遇工作面顶板等较为薄弱的部位时，为减小掘进的扰动作用，分多次切割，由此营造安全的施工环境，在循序渐进的模式下完成该部分的掘进；局部地应力较大时，施工采用刷帮法，从断面中间位置开始操作，降低片帮事故的发生概率。

3.2支护工艺

立足于实际施工条件，对锚杆的间距、排距以及炮眼的深度做灵活的调整。随矿道的推进，若施工范围内的矿石具有坚硬的特点，则在许可范围内适当延伸炮眼的深度，以300mm左右较为合适，且严格控制周边的眼距，该值不宜超过350mm，否则潜在安全隐患，反而影响掘进施工安全状况。

3.3喷浆工艺

顶板淋水严重时，分阶段施工：先采用两掘一喷的方法，在此基础上转为分段集中喷浆的方法，通过对两类方法的联合应用，将喷浆工作落实到位，解决顶板淋水问题。顶板淋水程度较为轻微时，处理难度相对较小，可在现场布设合适管径的水管，用于引水，待该部分水被有效排除后，开始喷浆施工。施工期间加强对矿道环境的检查，有效控制腰线、支护点的布设位置，与此同时判断矿道喷浆施工效果，若不满足要求则调整，直至完全满足要求为止。

3.4钻孔瞬变电磁探测技术

钻孔瞬变电磁探测技术是将常规在巷道发射、巷道接收的瞬变电磁工作模式，改变为在钻孔中建立一次电磁场、钻孔接收二次感应场，从而实现基于定向钻孔纵向1000m长距离、径向30m半径范围内富水异常区的超前探测。钻孔瞬变电磁仪器通过特殊设计将常规瞬变电磁的线圈改变为能够植入钻孔的杆状天线，在一定程度上造成发射天线辐射功率受限、钻孔中穿过接收线圈的磁通量降低，这就要求接收天线要有很高的灵敏度；同时，在钻孔受限杆状空间内，发射、接收天线无法灵活旋转，因此需要对钻孔周围低阻体的二次感应场进行三分量接收，以便于在室内数据处理时能够实现矢量旋转、合成与异常方位确定。

4快速掘进技术应用优化策略

4.1地质情况预判，达到生产指导工作目标

巷道掘进工作开展初始阶段，需要做好地质分析和结构分析工作，明确掘进施工范围和掘进速度，通过科学方法完成环境和地质条件预测。掘进施工开展中，需要根据预测数据和安全作业原则，提前做好人员组织，准备好相应的施工设备。在大型地质结构施工中，需要提前做好施工计划，明确安全生产技术，为日常工作开展提供安全指导。需要注意，不能出现盲目施工现象，需要及时了解设备掘进状态，从而达到安全生产目标。在掘进施工人员角度来看，工作人员需要具有敏感能力，及时了解施工现场中可能产生的影响因素，施工前需要提前进入巷道了解内部结构，只有充分地了解，才能为后期施工提供安全条件。另外，还需制定安全技术措施，保证各部门之间协调合作，制定最佳工作方案，从而才能顺利引导生产工作。

4.2合理应用钻探、物探以及巷道探测等技术方法

若想保证快速掘进技术应用效果，需要将地质勘探技术作为基础，为工程作业提供参考依据。工作开展的初始阶段，可以通过钻探或者物探的方法，及时对煤矿状态进行了解，降低安全事故发生率。不同矿井在自身结构方面有所差异，施工中也需配合相应的技术，施工前需要预先编制掘进设计方案，制定安全因素预防措施，工作开展中严格按照计划进行，及时发现施工漏洞，快速制定问题解决措施。在应用地质勘探技术时，需要汲取多方面知识经验，从而才能体现安全作业原则。在新技术应用中，需要做好理论研究和工作情况调研，保证施工工序与施工效果，逐渐提升巷道掘进技术。

结语

综上所述，快速掘进技术常被应用于矿山开采活动中，为同时满足安全、质量、效率、效益等多重开采作业要求，需要结合实际环境，合理选择机械设备，加强对技术的控制，增强工序间的衔接。施工中，宜采取平行作业的模式，施工条件发生变化后，及时对施工工艺做出调整。在全员的共同努力下，发挥出机械设备的生产力优势，达到提质增效的发展效果。

参考文献

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