煤矿岩巷快速掘进工艺的优化

煤矿岩巷快速掘进工艺的优化

李昱鹏  马亮  李雷

中煤陕西榆林能源化工有限公司，陕西 榆林 719000

摘要：岩巷快速掘进技术在煤矿开采作业中的重要性无需多言，这种技术对确保施工质量和作业安全起到了举足轻重的作用。在执行岩巷快速掘进的过程中，安全性无疑是必须首先关注的要素。同时，为了提升煤矿巷道掘进的效率，寻找和实施多元化的策略和方法也显得尤为重要。只有在安全得到充分保障的前提下，才能有效地加快煤矿巷道的掘进速度，从而实现既高效又安全的开采作业。

关键词：煤矿岩巷；掘进工艺；优化举措

0 引言

在全球经济迅猛发展的时代背景下，中国正处于一个快速发展的关键时期。作为国家社会经济发展的重要推动力，煤矿产业的地位不言而喻。然而，在煤矿开采作业过程中，存在诸多挑战和风险，特别是在岩巷快速掘进作业环节。该环节常常面临施工周期长、工作强度大以及资金限制等问题。因此，深入剖析影响煤矿岩巷快速掘进的因素，并科学探讨快速掘进工艺的优化方案，显得尤为重要。

1 煤矿岩巷掘进概述

作为煤矿运输的生命线，巷道的安全对煤矿开采的整体进度和生产效率具有直接影响。因此，在煤矿开采中，确保岩巷掘进过程的安全性具有至关重要的实际意义。在实施岩巷掘进任务时，由于巷道施工往往在岩层内部展开，必须对可能影响施工安全的各种因素进行全面而细致的考量。与此同时，岩层地质分布的清晰可见确实为施工带来便利，提升施工效率，然而，这并不意味着可以忽视其中潜在的风险，如底板渗水、顶板淋水等施工中常见的问题频繁出现，这些问题对施工的整体安全带来了不容忽视的威胁。因此，在进行岩巷掘进施工时，必须从宏观的视角出发，全方位地审视所有潜在的风险要素，这样才能保证煤矿开采作业的安全性和稳定性，这是每一个参与此项工作的人都应自觉遵守的原则。

2 岩巷快速掘进影响因素分析

2.1 机械设备施工效率低

目前，在快速挖掘岩石巷道的过程中，主要的作业方式仍然依赖于人工操作的机械设备，而设备的全面自动化尚未实现。这种情况潜在地增加了工作因机械故障误判而被中断的风险。特别是在矿井这样封闭且空间有限的环境里，作业活动主要依赖于体积较小的机械设备来完成。为了提高装载的效率，常用的策略是同时使用两台机器进行作业。然而，由于矿井内部空间狭窄，这两台机器实际上无法进行并行装载，而只能进行顺序作业。具体来说，当其中一台机器在装载时，另一台机器则不得不处于等待状态。这种被迫的顺序作业模式，在很大程度上制约了整体工作效率的提升，使得原本可以快速完成的工作变得冗长而繁琐。此外，这种依赖人工操作的设备模式，不仅需要操作员具备高度的专业技能和经验，同时也增加了人为因素导致的工作误差和安全风险。尤其是在矿井这样高风险的工作环境中，任何小小的误判都可能引发严重的后果。

2.2 掘进工艺

在岩巷掘进施工过程中，施工工艺的选择确实对挖掘进度有着极其重要的影响。目前，综掘法和钻爆法是两种广泛应用的施工工艺，这两种方法都非常适合岩石巷道的挖掘。在多数情况下，掘进机的连续挖掘方式表现出了显著的高效性，煤巷的挖掘速度最快可以达到3000米以上，岩巷也可以达到300米以上。同时，在特定的煤巷挖掘作业中，掏槽技术也常被采用。当巷道掘进遭遇坚硬岩层时，钻爆法通常被视为有效的解决方案。但钻爆法在装药和钻孔的过程中耗时较长，这在一定程度上影响了施工进度。相比之下，综掘法由于采用了机械化的施工工艺，能大幅提高挖掘效率。此外，为了进一步提升综掘法的效率和安全性，可以引入盾构机的使用。盾构机作为一种高效的隧道掘进设备，能在各种地质条件下进行连续挖掘，不仅可以加快施工进度，还能有效保证施工人员的安全，进一步提高岩石巷道的掘进效率，并确保施工过程的安全性和稳定性。

2.3 煤矿的地质条件

煤矿层往往深埋于地下，因此煤矿的开采工作极大地受到地质状况的影响。当地理环境良好、地质构造清晰且地层不复杂时，巷道的挖掘会相对顺利，从而有效提高施工效率。但是，在地质结构错综复杂的地区进行巷道挖掘，其工作难度会显著提升。这种情况不仅加剧了施工的复杂性，还会带来更高的安全风险，最终可能对整个项目的进度产生不利影响。在工程建设过程中，工程进度经常受到两大因素的影响：首先是岩层中的含水层，其次是瓦斯。此外，岩石层的硬度也是一个不可小觑的因素，它会对挖掘的进度产生直接的影响。当遇到坚硬的岩层时，往往需要通过爆破作业来为后续挖掘铺平道路。然而，在岩层较为柔软或地质条件特殊的施工地段，还必须采取额外的加固措施，以保障巷道的稳固与安全。这些预防措施旨在避免安全事故，从而确保施工进度能够按计划进行。

3煤矿岩巷快速掘进工艺的优化举措

3.1 巷道支护方案优化

在井下巷道掘进作业过程中，鉴于断面空间的有限性和人工架设锚杆支护的效率不足，对巷道结构进行优化至关重要。优化的核心在于如何合理地设计断面尺寸，以保障设备运输的顺畅、管道的合理布局、巷道的良好通风，同时还要确保工作人员能够安全通行。经过深入研究与比较多种巷道截面设计，拱形断面结构被确认为最佳方案。在实施支护措施方面，根据井下的实际情况，采用了一种综合支护方案。这种方案融合了临时性和永久性的支护措施，并创新地引入了让压支护技术。该方案不仅确保了支护的稳固性，还致力于提高巷道支护的效率和稳定性，从而有效解决了传统支护方法效率不高的问题。在执行巷道临时支撑任务时，首要步骤是对巷道顶部进行初次喷射混凝土操作，以确保巷道的稳定性和固化效果。接下来，应采用综掘机临时支护为巷道提供必要的临时支撑结构。针对需要额外加固的关键区域，应采用长期稳定的支护方案，即通过使用低密度且具备高强度的锚索来进行加固。在实施锚杆支护时，必须确保锚杆之间的距离不小于800mm，不大于1100mm。完成基础支护工作后，需使用高强度锚索进行进一步加固。每组锚索应至少设置三排，且锚索之间的距离不得小于1500mm，不大于2500mm。此外，在应用让压支护技术之后，巷道的二次喷射操作应在全部支护工作完成后方可进行。优化后的井下支护方案如图1所示。

图1井下巷道支护结构示意图

3.2 提高岩巷掘进人员的专业素质

在煤矿的岩石巷道快速掘进作业过程中，掘进的速度和效率深受工作人员专业技能水平的影响。因此，提升工作人员的专业素养，增强其理论知识和实践操作技能，成为了提高掘进效率的关键环节。煤矿企业应高度重视员工的专业成长，并在条件允许的情况下，为现有员工提供定期、系统的专业培训。这类培训应特别关注新工艺的操作技术以及岩石巷道挖掘设备的使用技巧，确保每一位员工都能熟练掌握并应用各种先进的施工工艺。同时，培训还需强调岩石巷道快速掘进的关键管理技能，使员工能够在实际工作中游刃有余，有效地提升工作效率。除此之外，企业还应积极引进先进的施工管理理念，通过理念更新来推动施工流程的不断优化。这不仅有助于提升煤矿岩石巷道的掘进效率，还能在保障安全的前提下，实现更加高效、有序的作业环境。通过这些措施，煤矿企业可以全面提升自身的生产能力和市场竞争力，为煤炭产业的可持续发展贡献力量[1]。

3.2 优化设备因素

在矿井巷道的挖掘过程中，设备的选择至关重要，且这一选择应基于对巷道地理和地质状况的详细勘察。为了提高工作效率，推荐使用灵活多变且适应性强的大型设备。鉴于巷道岩层构造的多样性和复杂性，采用mgh720型号的掘进机进行岩层切割是明智的选择。这款掘进机能够高效、快速地切割大面积的坚硬岩层，同时符合综合采矿作业的各项标准。它体现了设备在功能上的高度集成，从而大幅减少了因更换设备而产生的时间成本。在传统的矿山开采作业中，矿车是主要的物料运输工具，然而这种方式既需要在矿井内部铺设轨道，同时其单次运输能力也受到一定限制。因此，一种创新的组合式物料运输模式可能更为适合。该模式融合了刮板、带式输送机和转载机的功能。在具体施工过程中，通过综掘机机载输送机，随后连接桥式转载机和带式输送机，从而实现物料的连续挖掘与无障碍运输。若需要在运输途中改变方向，刮板输送机的配置可以确保物料在通过弯道时保持稳定且顺畅[2]。

3.4 优化掘进机截割工艺

在巷道掘进作业中，若采用挖掘机进行截割操作，为提升施工工艺，可以从以下几个角度进行优化：第一，在遇到巷道周边岩层结构相对完整的情况下，建议采用一种由巷道中心向两侧逐步扩展的切割方法。当岩层稳定且无损伤时，此方法特别适用，因为它可以最大程度地保护巷道的整体结构不被破坏，进而大幅降低瓦斯泄露、突水等潜在安全风险的几率。第二，如果在巷道中检测到岩石层有缺失，进行切割作业时应由岩层向其边缘逐渐进行。原因在于，岩石的完整性一旦被破坏，切割过程中产生的冲击力有可能会破坏其内部结构，从而引发崩塌。同时，保持恒定的切割速度也是至关重要的，因为速度的不稳定可能会引发多种潜在风险。第三，在施工期间一旦发现任何可能的安全隐患，必须即刻实施迅速且有力的举措，对这些隐患进行全面且详尽的排查。这一步骤的至关重要性无需多言，它直接影响到施工现场的安全防护以及整个工程项目的顺利进行。在进行隐患排查时，每个细节都极为关键。不论是施工设备的安全性能、现场作业人员的防护装备，还是临时设施的稳定性及周边环境状况，每一项均需接受严密的检查。同时，施工流程也应接受严格审核，以保障其遵守全部安全规章和标准操作流程[3]。

3.5 改善运输系统。

在传统的煤矿岩巷掘进工作中，一些常见的运输工具，例如矿车和耙装机，虽然可以完成基础的运输任务，但其效率和运输质量都不甚理想，且存在不可忽视的安全隐患。为了推动煤矿岩巷快速掘进技术的进步，对运输系统进行技术升级和改良显得尤为重要。而胶带运输机的引入，可以显著提高运输效率和稳定性，同时也能大幅度降低安全风险。在岩巷掘进运输系统的改进过程中，专业技术人员的重要性不言而喻。他们负责定期对相关设备进行周密的检查和维护，以保障设备性能的稳定和运行流畅。在面对过载工作或者大块岩石阻碍的情况下，为保障胶带运输机的正常运行，破碎操作必须即刻进行。同时，考虑到煤矿岩巷运输系统中包含众多关键设施和设备，因此在启动运输之前，应对其进行全面的检验与维护。特别是对于减速器和输送机等关键部件，需进行详细检查，以降低这些设备在运输过程中因故障所带来的不良影响及损失。此外，对整个运输系统的综合检查亦不可忽视，应特别注意预防常见的堵眼、堵仓等问题，以提升运输系统的效率和稳定性[4]。

3.6 光面爆破技术。

尽管煤矿开采的效率已通过机械化手段得到显著提升，但在实际开采过程中，仍需持续保证作业的高效性。光面爆破技术，这一煤矿岩巷快速掘进的关键方法，正随着煤炭需求的不断增长而逐渐拓宽其应用领域。得益于新技术的推动，光面爆破技术取得了引人注目的进展，并在井巷作业中占据了举足轻重的地位，如今在煤矿岩巷掘进作业中，该技术的应用已成为一种常态。光面爆破技术与锚喷支护的完美融合，极大地加快了掘进工作的步伐。这种技术组合不仅在提升掘进速度方面表现出色，还在成本控制和人力资源优化利用方面展示了其独到之处。在实际运用中，光面爆破技术与煤矿开采的结合已取得了引人注目的成果。在煤矿开采行业中，光面爆破技术对于提升挖掘效率起到了举足轻重的作用。该技术成功地解决了岩石巷道快速掘进所面临的技术挑战，标志着技术层面的一大突破。此外，光面爆破技术还显著提升了光爆锚喷作业的效率与稳固性，不仅保障了作业的安全，同时也降低了岩石移动或松动的风险。因此，光面爆破技术的引入极大地促进了煤矿岩石巷道的挖掘速度

[5]。

3 结语

煤矿开采是一项充满挑战和风险的工作，这一点在岩石巷道的迅速挖掘过程中更为显著。该工程常常受到各种外部因素和潜在风险的干扰。同时，煤矿岩巷的掘进速度并非由单一要素决定，它与煤矿的地质特征、挖掘设备、施工方法以及管理手段都息息相关。所以，我们需要从多角度、全方位地审视所有可能影响掘进的因素，并基于这些因素来精细调整和优化煤矿岩巷的快速掘进技术。这样的优化工作对于保障工作人员的安全至关重要，同时也是提高煤矿岩巷掘进效率的核心环节。

参考文献：

[1]尹文祥.煤矿岩巷快速掘进工艺的优化[J].能源与节能,2024,(03):289-291+295.

[2]张瑞庆.浅析煤矿煤巷快速掘进工艺与围岩控制技术[J].矿业装备,2023,(10):38-39.

[3]赵旭峰.煤矿岩巷掘进工作面快速掘进工艺技术研究[J].内蒙古煤炭经济,2023,(14):28-30.

[4]李卫岩.煤矿岩巷快速掘进工艺的优化分析[J].山西冶金,2023,46(01):232-234.

[5]张衍峰,刘卫军.煤矿岩巷快速掘进工艺的优化研究[J].内蒙古煤炭经济,2021,(23):8-10.

作者简介：李昱鹏，（1990-），男，汉，陕西榆林人，大学本科，中煤陕西榆林能源化工有限公司，中级工程师，研究方向:煤矿掘进支护存在的问题及其应对。

马亮，（1989-）性别，民族，安徽利辛人，大学本科，中煤陕西榆林能源化工有限公司，中级工程师，研究方向:煤矿生产调度应急管理。

李雷，（1988-），男，汉，陕西榆林人，大学本科，中煤陕西榆林能源化工有限公司，中级工程师，研究方向:煤矿生产调度管理的现状及优化。