煤礦綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)分析

李成濤（重慶川九建設(shè)有限責(zé)任公司，重慶市渝北區(qū)401120）

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煤礦綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)分析

李成濤（重慶川九建設(shè)有限責(zé)任公司，重慶市渝北區(qū)401120）

在我國(guó)煤炭生產(chǎn)過(guò)程中，綜合機(jī)械化程度日益提高，以綜合機(jī)械化為基礎(chǔ)的快速掘進(jìn)技術(shù)也獲得了良好的發(fā)展?；诖耍疚氖紫确治隽嗣旱V綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)有關(guān)技術(shù)要求，其次對(duì)煤礦綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，最后以某煤礦工程為例，對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行了一定的研究。

煤礦；綜合機(jī)械化；快速掘進(jìn)；技術(shù)分析

1　引言

近年來(lái)，在我國(guó)礦井建設(shè)中，傳統(tǒng)的煤礦掘進(jìn)機(jī)械化程度與掘進(jìn)進(jìn)度已經(jīng)無(wú)法滿足礦井實(shí)際生產(chǎn)的需求，導(dǎo)致采掘接替緊張問(wèn)題的頻繁發(fā)生，基于此，必須深入的研究煤礦綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)，以推動(dòng)我國(guó)煤礦行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

2　煤礦綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)有關(guān)技術(shù)要求

2.1機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)的可靠性

機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)必須要具備一定的可靠性，主要是以大功率為核心特征，并且在采掘形式上還可通過(guò)長(zhǎng)壁綜采技術(shù)，以全面提高煤礦采掘的工作面單產(chǎn)量，最大限度的減少回采面的數(shù)目，同時(shí)還可簡(jiǎn)化工作面的巷道布置，符合高效集約化生產(chǎn)的基本特點(diǎn)。

2.2工作面的巷道分布的合理性

通過(guò)對(duì)礦井工作面的巷道分布進(jìn)行合理的布置，并且不斷改革巷道掘進(jìn)過(guò)程的支護(hù)技術(shù)，可有效完善礦井的自動(dòng)化運(yùn)輸系統(tǒng)，優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的性能。但在此過(guò)程中，還需要依據(jù)煤礦自身的實(shí)際情況，并且通過(guò)有效結(jié)合采區(qū)工作面尺寸的變化情況的方式，不斷提高采掘的工作面的推進(jìn)長(zhǎng)度，增加巷道的斷面的有效面積，更好地滿足綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，確保煤礦生產(chǎn)的高效性與連續(xù)性。

2.3煤礦采掘技術(shù)的創(chuàng)新性

對(duì)于煤礦采掘技術(shù)的發(fā)展，不僅需要機(jī)械化掘進(jìn)技術(shù)的設(shè)備發(fā)展，還需要不斷加大采掘技術(shù)的創(chuàng)新，并且還要大力投入新技術(shù)以及新設(shè)備的研發(fā)，以提升煤礦巷道掘進(jìn)速度，進(jìn)而更好地滿足煤礦采掘工作面的要求，確保煤礦生產(chǎn)的高產(chǎn)量與快速推進(jìn)等方面的基本要求。

2.4掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的安全性

在改善煤礦機(jī)械胡快速掘進(jìn)技術(shù)的過(guò)程中，必須對(duì)當(dāng)前已有的掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)改善，并且還要對(duì)支護(hù)技術(shù)進(jìn)行合理的創(chuàng)新，以此來(lái)有效的解決當(dāng)前大多數(shù)煤礦存在的大斷面以及長(zhǎng)距離的巷道支護(hù)較弱等問(wèn)題，從本質(zhì)上提高煤礦采掘工作面的安全性，最終為掘進(jìn)作業(yè)的快速執(zhí)行打下良好的安全基礎(chǔ)（圖1）。

圖1　煤礦掘進(jìn)作業(yè)面（單位：m）

此外，在當(dāng)前允許的條件下，可以盡量使用綜采掘進(jìn)技術(shù)，逐步完成掘進(jìn)以及錨固整體的發(fā)展趨勢(shì)，并且還要大力推廣連續(xù)采煤機(jī)的應(yīng)用，從而為煤礦工作面高效掘進(jìn)作業(yè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3　煤礦綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)要點(diǎn)分析

3.1五陽(yáng)煤礦工程概況

五陽(yáng)煤礦礦井位于山西省襄垣縣侯堡、王橋鎮(zhèn)境內(nèi)。施工工程位于K3煤層頂板上10～30m，為二疊系下統(tǒng)山西組地層，巖石主要為灰—深灰色中厚層中粒含長(zhǎng)石石英砂巖夾薄層砂質(zhì)泥巖，局部為細(xì)?；虼至?，具板狀交錯(cuò)層理，雜基為泥巖、菱鐵質(zhì)及炭質(zhì)泥巖，層面上常見(jiàn)大量水化的黑白云母碎片。該工程所處區(qū)域有斷層和局部小的陷落柱。工程巖石地層硬度系數(shù)為3～6，頂板較為破碎。K3煤層厚5.36m，煤層穩(wěn)定。大巷工程布置在K3煤層之上，整個(gè)工程在施工過(guò)程中不存在揭煤現(xiàn)象。

工程所處地層埋深較深，地表補(bǔ)充水不明顯，工程水文地質(zhì)簡(jiǎn)單，為三類一型，工程涌水主要為巖層裂隙水、施工排水，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)研情況確定，回風(fēng)大巷涌水量按5m3/h計(jì)，膠帶大巷涌水量按15m3/h計(jì)，軌道大巷涌水量按10m3/h計(jì)，三條大巷同時(shí)施工時(shí)涌水預(yù)計(jì)總量30m3。但該礦屬高瓦斯礦井；3#煤屬不自燃煤層，但煤塵具有爆炸性危險(xiǎn)。

3.2煤礦綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)要點(diǎn)

該煤礦工程中，南嶺風(fēng)井回風(fēng)大巷、南嶺風(fēng)井膠帶大巷采用EBZ260A，512kW，1140V型全巖掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)施工，掘進(jìn)段巖石實(shí)際揭露為泥巖、砂巖互層，；南嶺風(fēng)井軌道大巷采用CMJ2-27，55kW，660V鑿巖臺(tái)車和 ZWY-180L，75kW，660V礦用履帶式挖裝機(jī)配套施工。施工作業(yè)采用三八作業(yè)制。

在采用MK3型巖巷掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，對(duì)于作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的矸石，需要通過(guò)膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸?shù)巾肥瘋}(cāng)中。同時(shí)還要通過(guò)矸石倉(cāng)尾部位安裝的耙矸機(jī)將矸石裝到礦車內(nèi)，之后再通過(guò)電機(jī)車運(yùn)送到副井下口，最后采用提升機(jī)將其提升至地面。

此外，在進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，在工作面頂板結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定的情況下，需要每掘進(jìn)1.5m設(shè)置3棚；而如果工作面頂板結(jié)構(gòu)存在破碎失穩(wěn)情況，則需要每掘進(jìn)0.5m設(shè)置1棚或者每1m設(shè)置2棚。

對(duì)于該煤礦永久支護(hù)作業(yè)，應(yīng)當(dāng)選用U29可縮性鋼支架進(jìn)行支護(hù)，并設(shè)置了0.5m棚距。對(duì)于該煤礦工程降塵作業(yè)，則應(yīng)當(dāng)在掘進(jìn)機(jī)上安裝CR5-25型小型增壓水泵，可利用掘進(jìn)機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的作用，使水在通過(guò)水泵之后，壓力從1MPa上升到10MPa，之后再利用噴嘴來(lái)進(jìn)行噴灑，以實(shí)現(xiàn)降塵的效果。每個(gè)噴嘴安裝有兩個(gè)噴頭，通過(guò)反作用力可以實(shí)現(xiàn)噴頭自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，使噴灑能夠全方位無(wú)死角地進(jìn)行。

通過(guò)采用了上述的一系列綜合機(jī)械快速掘進(jìn)技術(shù)，該巷道掘進(jìn)速度顯著提升，從月進(jìn)210m左右上升到了250m左右，增幅達(dá)到了19%。不僅如此，巷道掘進(jìn)的斷面整齊，輪廓清晰，節(jié)約了支護(hù)材料和施工時(shí)間，避免了應(yīng)力問(wèn)題出現(xiàn)，大大提升了掘進(jìn)工作面的穩(wěn)定性，增加了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

3.3煤礦綜合機(jī)械快速掘進(jìn)改善措施

3.3.1合理選用機(jī)械

在采用綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行煤礦開(kāi)采作業(yè)時(shí)，需要重點(diǎn)做好掘進(jìn)機(jī)的選擇，其直接聯(lián)系著巷道掘進(jìn)的經(jīng)濟(jì)效益和掘進(jìn)速度。一般情況下，在采用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行有關(guān)作業(yè)時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)沖擊，再加上礦井下環(huán)境較為惡劣，這就要求掘進(jìn)設(shè)備必須具有良好的安全性和可靠性，只有這樣，才能夠維持長(zhǎng)時(shí)間的周期運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。

此外，對(duì)于掘進(jìn)機(jī)的電氣、液壓與元件等方面，還需對(duì)其質(zhì)量與性能進(jìn)行嚴(yán)格的控制，對(duì)于具有關(guān)鍵性作用的元器件，應(yīng)當(dāng)盡可能的選用高安全系數(shù)的部件。對(duì)于機(jī)械連接和齒輪傳動(dòng)的相關(guān)裝置，應(yīng)該盡可能地選用組件或獨(dú)立部件，最大程度減少串聯(lián)系統(tǒng)的使用。可以使用嵌裝結(jié)構(gòu)取代螺栓結(jié)構(gòu)，不僅能夠簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，還可以大幅提升設(shè)備可靠性。

3.3.2采用測(cè)控技術(shù)，不斷提高設(shè)備機(jī)電一體化

①對(duì)相關(guān)機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操控，如掘進(jìn)機(jī)的功率調(diào)節(jié)、切割斷面的尺寸、作業(yè)方向等，可以在掘進(jìn)機(jī)上安裝裝傳感器，對(duì)掘進(jìn)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。②進(jìn)一步強(qiáng)化相關(guān)機(jī)械設(shè)備的自我故障診斷和工況監(jiān)測(cè)功能，經(jīng)傳感器構(gòu)建準(zhǔn)確完善的自動(dòng)化信息數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)機(jī)械設(shè)備的油壓、油溫、負(fù)荷、電壓等數(shù)據(jù)和狀況進(jìn)行采集監(jiān)測(cè)，從而達(dá)到對(duì)設(shè)備自我故障診斷和工況監(jiān)測(cè)的效果。③構(gòu)建遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。通過(guò)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，基于自動(dòng)化信息數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)而構(gòu)建遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制機(jī)械作業(yè)，從而減少人力投入，提升采煤作業(yè)的安全性。

3.3.3不斷完善配套設(shè)備

在綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)運(yùn)用過(guò)程中，巷道支護(hù)和運(yùn)輸?shù)认嚓P(guān)配套設(shè)備能力具有十分重要的作用。配套設(shè)備性能的低下與不完善，會(huì)導(dǎo)致掘進(jìn)速度較慢，例如支護(hù)、運(yùn)輸、通風(fēng)、供水、電力等配套設(shè)備，目前均不完善，進(jìn)而阻礙了掘進(jìn)作業(yè)的順利進(jìn)行。

基于此，在進(jìn)行巷道支護(hù)作業(yè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能的采用錨桿支護(hù)，不僅能夠有效降低作業(yè)難度，減少作業(yè)量，支護(hù)效果也較為良好，是提高掘進(jìn)速度的有效途徑。此外，對(duì)于錨桿支護(hù)，還可以通過(guò)機(jī)載錨桿鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔和安裝，以提高支護(hù)錨桿的作業(yè)效率。而降塵系統(tǒng)可以使用高壓噴霧降塵等新技術(shù)，通過(guò)增壓水泵，連接到掘進(jìn)機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)，將水泵中的水大幅增壓之后通過(guò)噴嘴進(jìn)行噴灑，可以起到顯著的降塵作用。

4　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在煤礦工作面的采掘作業(yè)中，綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，可有效促進(jìn)煤礦巷道綜合掘進(jìn)機(jī)械化水平的提高，進(jìn)而更好的滿足綜采工作面快速掘進(jìn)的需求。因此，在進(jìn)行煤礦工作面采掘作業(yè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)積極選用綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)，以推動(dòng)我國(guó)煤礦產(chǎn)業(yè)的良好發(fā)展。

［1］高 超，李可可.淺談煤礦巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)［J］.中國(guó)科技投資，2013 （30）：44.

［2］李士棟.綜合機(jī)械化煤巷安全快速掘進(jìn)施工技術(shù)［J］.煤礦支護(hù)，2012 （04）：25～27.

［3］宋振宇.北陽(yáng)莊礦綜合機(jī)械化巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)［J］.煤礦支護(hù)，2012 （03）：41～43.

李成濤（1963-），男，高級(jí)工程師，研究生，主要從事煤礦礦井施工技術(shù)及管理工作。

TD263.5

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2095-2066（2016）10-0066-02

2016-3-8