廖 波

（四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，德陽 618000）

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論煤礦綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)

廖 波

（四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，德陽 618000）

摘 要：我國煤碳含量的豐富性與經(jīng)濟(jì)發(fā)展對煤炭資源的依賴性，決定了煤炭資源是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分。在煤炭資源的開發(fā)中，將根據(jù)煤層的厚度決定開發(fā)的過程。通過對煤礦掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行分析不難發(fā)現(xiàn)，機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)可在實(shí)際中取得進(jìn)步。本文對煤礦綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行理論分析，同時(shí)探討有關(guān)巷道快速掘進(jìn)的應(yīng)用，并在綜采工作面上提出見解。

關(guān)鍵詞：煤礦 綜合機(jī)械化 快速掘進(jìn) 巷道

由于每一煤層的厚度都會隨著煤層的加深而變厚，因此實(shí)際使用過程中，需要保證每一煤層的厚度有可以測量的范圍。所以，實(shí)際應(yīng)用中，需要開掘出較大的巷道，以保證當(dāng)前煤炭資源能夠合理開采?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)使生產(chǎn)工作面逐漸加大。這往往使開采量能夠達(dá)到千萬噸級，以滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源供應(yīng)的需求。目前，對于如何解決在開采過程中面臨的問題，并使得開采的產(chǎn)量能夠穩(wěn)定上升，讓開采的產(chǎn)量能夠達(dá)到需求，是當(dāng)前煤炭開采面臨的重要問題，而這需要靠技術(shù)手段的革新來解決。

1 快速掘進(jìn)技術(shù)概況

1.1 技術(shù)要求

綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)，主要是在煤礦工作面的掘進(jìn)過程中，將裝載機(jī)、輸送機(jī)、掘進(jìn)機(jī)等機(jī)械的功能進(jìn)行綜合集成，以便實(shí)現(xiàn)全面掘進(jìn)工作。綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)可以把掘進(jìn)、運(yùn)輸、支護(hù)、供水、通風(fēng)、電力等系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備有機(jī)整合起來，形成全面完整、互相協(xié)調(diào)配合、能夠連續(xù)生產(chǎn)以及效率很高的掘進(jìn)系統(tǒng)，從而使煤炭開采過程中的大部分環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，有效推動了采煤掘進(jìn)的經(jīng)濟(jì)效益和掘進(jìn)速度。應(yīng)用綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)的過程中，一般具有以下幾個(gè)方面的基本要求。

第一，綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展核心應(yīng)該是大功率、高可靠度的長壁煤層綜采技術(shù)。它不僅可以有效提升采煤工作面產(chǎn)量的大幅提升，還可以最大程度降低回采工作面的數(shù)量。這樣可以使采煤巷道的布置更加簡便，減少采煤對外界因素的影響，從而促進(jìn)采煤向集約高效的方向轉(zhuǎn)型。

第二，優(yōu)化改革采煤工作巷道布置，完善巷道支護(hù)技術(shù)，從而不斷提升運(yùn)輸系統(tǒng)基本性能。根據(jù)實(shí)際采煤作業(yè)情況，可以在一定程度上增大采取尺寸，提升有效面積，增加工作面的推進(jìn)長度，以促進(jìn)采煤作業(yè)的連續(xù)性和高效化。

第三，在綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用過程中，需要加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新。通過不斷投入新設(shè)備和新技術(shù)，促進(jìn)采煤掘進(jìn)速度有效提升，從而有效推動綜合采煤工作面向高效、快速和高產(chǎn)的方向發(fā)展。

第四，綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)在應(yīng)用過程中，應(yīng)當(dāng)大力改進(jìn)支護(hù)技術(shù)，促進(jìn)其發(fā)展。通過有效處理存在與巷道支護(hù)方面的問題，可為采煤綜合工作面的安全和快速掘進(jìn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.2 有效降塵

實(shí)際操作中，綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)往往需要更多的生產(chǎn)條件。此時(shí)，要考慮到降塵在實(shí)際施工中的作用。通過小型增壓水泵讓巷道采集面的空氣得到凈化，以達(dá)到快速掘進(jìn)的要求。在實(shí)際應(yīng)用中，需要通過掘進(jìn)機(jī)提供動力，以驅(qū)動水壓的產(chǎn)生，并對安裝噴嘴的位置進(jìn)行合理優(yōu)化，保證噴灑時(shí)的水量穩(wěn)定且具有水霧性。此外，需配備長筒式負(fù)壓降塵裝置，以產(chǎn)生低壓降塵水。同時(shí)，要考慮到實(shí)際通風(fēng)情況，以對快速掘進(jìn)面的空氣進(jìn)行凈化。

1.3 縮短支護(hù)時(shí)間

快速掘進(jìn)的過程一般通過錨桿進(jìn)行支護(hù)。也就是說，通過打錨的方式，提高巷道的支護(hù)作用，加快掘進(jìn)的速度，從而減少工人工作的強(qiáng)度。實(shí)際施工過程中，大多采用機(jī)載錨桿進(jìn)行打錨工作，并安裝錨桿，減少人為施工帶來的不安全因素。實(shí)際上，傳統(tǒng)錨桿的安裝不平衡現(xiàn)象大部分是由于人工的不穩(wěn)定性造成的。而采用機(jī)械化的施工方式，不僅可以減少人工的工作量，而且也能增加支護(hù)的安全強(qiáng)度。但是，在錨桿施工中，需要靠機(jī)器操作，并使用先進(jìn)的錨桿施工器具，以提高巷道的掘進(jìn)速度與成巷速度。

2 巷道掘進(jìn)技術(shù)存在的問題

2.1 掏槽方式有待改善

在采集面生產(chǎn)過程中，一般需要通過巷道掘進(jìn)技術(shù)在煤礦中進(jìn)行掏槽。目前，掏槽存在的主要問題就是掏槽方式效率低和循環(huán)效率低的問題。以祁東煤礦為例，其作業(yè)井田面積45km2,實(shí)際生產(chǎn)能力200萬噸，可采煤層10層，主采煤層4層。但是，它在掏槽方式上卻存在著效率不高的情況，主要體現(xiàn)在其主要掏槽形式為楔形掏槽的方式，其循環(huán)尺寸為1.2～1.5m。這會導(dǎo)致掏槽的效率過慢，同時(shí)在實(shí)際操作上也會導(dǎo)致生產(chǎn)效率太低。

2.2 施工不夠協(xié)調(diào)

由于施工作業(yè)人員的素質(zhì)不高，且現(xiàn)場生產(chǎn)的巷道掘進(jìn)技術(shù)效果差，將會嚴(yán)重影響巷道的掘進(jìn)速度。目前，巷道的施工作業(yè)主要采用瞄噴支護(hù)方式建立安全框架。而由于施工過程的繁雜，容易導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下，并使機(jī)械無法滿足設(shè)備運(yùn)行的動力需要，從而往往會給施工人員帶來不小的工作壓力。同時(shí)，也不能充分發(fā)揮機(jī)械操作的功能性，往往極大影響系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，并使設(shè)備事故頻發(fā)，影響生產(chǎn)的安全性。

2.3 提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作

團(tuán)隊(duì)施工在提升施工效率上有重要的促進(jìn)作用。在實(shí)際的使用中，對團(tuán)隊(duì)施工存在的問題，可以根據(jù)巷道快速掘進(jìn)的實(shí)際方案對現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行一定的改進(jìn)。針對目前存在的情況，要把機(jī)械操作應(yīng)用到實(shí)際的維護(hù)上。對施工中存在的問題，要注意對實(shí)際操作方案的處理與解析，合理設(shè)計(jì)施工所需要的設(shè)計(jì)方案，并調(diào)整相關(guān)操作，促進(jìn)機(jī)械化快速發(fā)展，重點(diǎn)創(chuàng)新技術(shù)，以達(dá)到合理改善的目的。

2.4 實(shí)際采集面工作不夠協(xié)調(diào)

快速掘進(jìn)技術(shù)下的采集面的主要特點(diǎn)就是高集成化的技術(shù)要求。因此，在進(jìn)行采集面工作的同時(shí)，還需要注意防塵與巷道掘進(jìn)等相關(guān)技術(shù)要求。但是，目前很多巷道掘進(jìn)技術(shù)最大的問題就是采集面工作與其他工作技術(shù)存在不協(xié)調(diào)的問題。因此，施工過程中，采集面工作要注意改善施工設(shè)計(jì)的方案，并對相關(guān)人員的具體施工責(zé)任進(jìn)行細(xì)化與分工，以此保證施工過程能夠?qū)κ┕ο笈c開采量的協(xié)調(diào)處理。此外，由于目前巷道掘進(jìn)技術(shù)的施工人員素質(zhì)良莠不齊，所以實(shí)際施工操作上往往存在著很多問題。為了保證采集面工作的協(xié)調(diào)性，要注意施工人員操作的規(guī)范性，并保證在施工過程中對實(shí)際施工的合理分工。

3 綜采工作面分析

3.1 支護(hù)方案

支護(hù)方案的設(shè)計(jì)可以采用3D建模方式，通過電腦集成數(shù)據(jù)，建立三維模式，使支護(hù)方案達(dá)到最優(yōu)。通過FLAC3D模型，巷道依據(jù)地質(zhì)條件、巖石力學(xué)參數(shù)，建立合理的構(gòu)成框架。這在實(shí)際施工與操作上，將會增加施工的效果與施工的安全作用。支護(hù)方案的設(shè)計(jì)可以采取最優(yōu)化解決的方式。因?yàn)閷?shí)際操作中，往往會因?yàn)閿?shù)據(jù)的情況使實(shí)際操作的效果出現(xiàn)問題。而選擇最優(yōu)化的解決方式，能夠有效提升實(shí)際的生產(chǎn)效果。

3.2 參數(shù)優(yōu)化

參數(shù)優(yōu)化，即是對巷道中的生產(chǎn)情況進(jìn)行電腦模擬，讓產(chǎn)生的生產(chǎn)方案最大限度適用于周圍的巖性情況及生產(chǎn)煤層的厚度情況。由現(xiàn)場施工的經(jīng)驗(yàn)可見，錨桿的距離與深度、爆破的強(qiáng)度與準(zhǔn)度、除塵情況等生產(chǎn)過程中的種種問題，都將影響生產(chǎn)的實(shí)際效果。因此，對參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在實(shí)際運(yùn)用中非常重要。

4 快速掘進(jìn)技術(shù)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)改革

在綜合改善施工的環(huán)境與施工過程中，需要重點(diǎn)對錨桿的支護(hù)作用進(jìn)行合理創(chuàng)新與技術(shù)化改進(jìn)。針對當(dāng)前已有的煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)，需要將綜合采集面與掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)瞄固的一體化，支持快速工作面的發(fā)展與生成。同時(shí)，促進(jìn)機(jī)械化發(fā)展將會改進(jìn)存在大斷面采集的需要，在條件允許的情況下，逐步實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)固錨的一體化，更好地支持煤炭采集工作面的快速發(fā)展，提高生產(chǎn)效率。

4.2 加大技術(shù)創(chuàng)新

通過研發(fā)新技術(shù)提高生產(chǎn)效率，并保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性，穩(wěn)定技術(shù)的更新周期，并不斷改善新技術(shù)在實(shí)際操作中的運(yùn)用情況，提高煤炭產(chǎn)量與煤炭生產(chǎn)質(zhì)量。依靠對技術(shù)的投入，也能使煤礦生產(chǎn)綜采面的工作達(dá)到高產(chǎn)與高效，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率與生產(chǎn)速度上的顯著進(jìn)步，并增加經(jīng)濟(jì)效益，提高生產(chǎn)與發(fā)展的有效性。實(shí)際生產(chǎn)中，也要投入新設(shè)備，以保證施工的經(jīng)濟(jì)效益，增加并提高生產(chǎn)的安全性及煤炭生產(chǎn)的附加值。

4.3 保證施工的安全性

由于礦井生產(chǎn)屬于高危險(xiǎn)生產(chǎn)行業(yè)，因此在保證巷道生產(chǎn)的安全性上，快速掘進(jìn)技術(shù)必須要進(jìn)行合理研發(fā)。實(shí)際上，對礦井工作面巷道進(jìn)行合理布置，可有效提高生產(chǎn)的安全性能；優(yōu)化巷道掘進(jìn)的技術(shù)手段，可在提高系統(tǒng)性能的同時(shí)，增加采集工作的穩(wěn)定性與有效性，提高生產(chǎn)效率。實(shí)際操作中，需要結(jié)合實(shí)際的采集情況，對現(xiàn)場進(jìn)行合理布局，以發(fā)展生產(chǎn)，促進(jìn)機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)在實(shí)際操作中的生產(chǎn)效果。

4.4 提高生產(chǎn)效率

快速掘進(jìn)技術(shù)的特點(diǎn)就是能夠通過綜合集成的生產(chǎn)設(shè)備，使一系列的生產(chǎn)過程能夠達(dá)到快速高效的實(shí)施情況。綜合機(jī)械化的快速掘進(jìn)技術(shù)，將以高度可靠性以及大功率為性能特點(diǎn)，并在工作的單產(chǎn)量生產(chǎn)上產(chǎn)生明顯優(yōu)勢，增加綜合采集面的推進(jìn)長度。而提高巷道的有效面積，能夠滿足巷道生產(chǎn)的有效環(huán)境，并對高效集約化的生產(chǎn)提供更多有利的生產(chǎn)要素，使得實(shí)際生產(chǎn)過程中，高效集約化的生產(chǎn)模式積極有效地應(yīng)用于大功率生產(chǎn)的全過程。

5 實(shí)例分析

在某煤礦的采煤作業(yè)中，其平巷的設(shè)計(jì)工程量為630m，坡度為3‰，回風(fēng)大巷的設(shè)計(jì)工程量是1860m。在掘進(jìn)作業(yè)中，采用MK3型巖巷掘進(jìn)機(jī)。根據(jù)相關(guān)資料來看，該煤礦的工作面巷道的斷面形狀是半圓拱形，斷面寬度值為6.03m，斷面高度為4.68m，凈斷面寬度為5.78m，凈斷面高度為4.51m。根據(jù)相關(guān)的勘察資料顯示，該條巷道穿過的巖層結(jié)構(gòu)性質(zhì)較為簡單，主要成分是細(xì)砂巖和砂質(zhì)泥巖。

在該煤礦的采煤作業(yè)中，通過MK3型巖巷掘進(jìn)機(jī)展開掘進(jìn)工作。在掘進(jìn)作業(yè)過程中產(chǎn)生的巖層碎石以及矸石，通過膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸?shù)巾肥瘋}中。矸石倉的尾部安裝了耙矸機(jī)，可以把矸石自動移動到礦車內(nèi)，進(jìn)而通過電機(jī)車轉(zhuǎn)移到副井下口，再通過提升機(jī)轉(zhuǎn)移至地面。

在采煤掘進(jìn)作業(yè)過程中，工作面頂板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定時(shí)，每掘進(jìn)1.5m設(shè)置3棚；工作面頂板結(jié)構(gòu)破碎失穩(wěn)時(shí)，每掘進(jìn)0.5m設(shè)置1棚，或者每1m設(shè)置2棚。支護(hù)方式根據(jù)實(shí)際情況，分為永久支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)兩種類型。永久支護(hù)選用U29可縮性鋼支架進(jìn)行支護(hù)，以0.5m作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行棚距控制，最大限度保持巷道的安全和穩(wěn)定。而臨時(shí)支護(hù)主要是使用11#工字鋼兩段充當(dāng)前探梁，長度為4m，以起到臨時(shí)支護(hù)的作用。兩種支護(hù)方式存在的區(qū)段不一，發(fā)揮的實(shí)際作用也存在區(qū)別。在支護(hù)方式符合綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)后，還需對相關(guān)配套設(shè)備進(jìn)行完善。該采煤作業(yè)主要對支護(hù)形式和降沉進(jìn)行了優(yōu)化。

6 結(jié)束語

對于快速掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，應(yīng)該注意保護(hù)施工工人的安全，同時(shí)提高作業(yè)面積的生效效率，保證煤炭資源的生產(chǎn)產(chǎn)量得到有效提高。在實(shí)際操作中，可以改進(jìn)支護(hù)的參數(shù)以提高作業(yè)面的穩(wěn)定性。作業(yè)方式要逐步朝著“三掘三噴”發(fā)展，并不斷提高作業(yè)的效率。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)例，制定合理的巷道作業(yè)計(jì)劃，并使不同開采環(huán)境的巷道生產(chǎn)能夠達(dá)到一個(gè)較高的產(chǎn)量水平。

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On Coal Mechanized Rapid Excavation Technology

LIAO Bo
(Sichuan Engineering Vocational Technical College, Deyang 618000)

Abstract:China's abundant coal and Economic Development of content dependence of coal res ources determines the development of coal resources ha s be come an important part of current economic development. In t he development of coal resources, t he decision to develop a process based on t he thickness of the coal s eams. Through the analysis of underground tunneling technology is not difficult to find, mechanized rapid excavation technology can actually make progress. In t his paper, the comprehensive mechanized coal mining technology for rapid excavation of theoretical analysis, but also discusses the application of the relevant roadway excavation rapidly and put forward their point of fully mechanized mining face views.

Key words:Coal, integrated mechanization, fast driving, roadway