煤矿巷道机械化掘进工艺的优化

2022-09-11

煤炭行业作为我国的基础能源产业，为我国的社会经济发展提供重要的能源供给。在我国，煤矿开采的作业方式主要以井下作业为主，其开采的首道必要工序就是巷道掘进作业。煤矿巷道掘进作业的作业环境根据地质条件的变化而有所差别，同时，巷道掘进作业的工程规模相对比较庞大，涉及到多个专业领域，需要多个工种之间相互配合，共同协调才能完成[1]。

1. 煤矿巷道掘进方式与工艺

(1)机械化掘进方式

目前，我国煤矿开采作业中所采用的巷道掘进技术主要有综合机械化掘进作业方式、锚杆钻车与连续采煤机配套作业方式以及掘锚一体化掘进作业方式。

综合机械化掘进作业方式的应用过程中会涉及到多种相关设备，如掘进机、输送机、转载机、钻机、通风除尘设备及供电系统等。其中，掘进机作为巷道掘进作业中的核心设备，是巷道掘进作业中必不可少的机械设备，能够有效提升煤炭巷道的掘进效率，缩短施工周期。同时，我国煤炭行业也不断注重对掘进机设备的研发和功能的扩展，使得现有的掘进设备基本上都能够满足煤矿巷道掘进的施工要求[2]。

连续采煤机高效掘进作业主要以连续采煤机为主要机械设备。连续采煤机能够同时实现装煤、运输和采落煤的作业生产，显著提高了煤炭开采的作业效率。不仅如此，采煤机的适用性也较强，既能够实现对以煤为基岩的巷道掘进作业，也能够实现对煤炭的采掘作业。同时，对于构造复杂的边角煤或者采割大宽度的煤层以及地质优良的巷道，均可以利用连续采煤机进行开采。

掘锚一体化掘进作业是采用掘锚机组相组合的方式进行施工作业，其中比较常用的掘锚机组有以连续采煤机为核心的掘锚机组和以悬臂式挖掘机为基础的机载锚杆掘锚机。掘锚一体机是在连续采煤机的基础上进行改装和优化所制造的一种机械设备，其工作效率和掘进速度都非常的可观。

(2)煤矿巷道掘进的工艺规程

首先，在正式掘进之前，需要做好充分的掘进准备工作，其主要工作内容就是全面检查掘进施工作业所涉及到的设备、设施和用电系统等，以及时的排查安全隐患，最大程度上降低施工作业中的设备故障等事故。而对于上岗的施工人员，其专业技能和综合素质要绝对过硬，绝不可敷衍了事。

在掘进作业过程中，所涉及到的机械设备在运转过程中，严禁将机器和设备的零部件进行拆除和清洗，以免破坏机器设备的正常工作。对于运行的皮带以及其他机械转动部位要严禁靠近或者跨越，同时严禁拨动运行的皮带。如果需要对皮带进行打蜡则禁止戴手套。对于机械设备中的重要零部件，在应用的过程中应注意对之及时更换，且保证更换时型号的一致性。此外，在对液压元件进行更换时，应保证机械设备处于无压状态。

在掘进作业过程中，需要重点注意以下几点：首先，要定期检查掘进机和临时支护装置的连接件，一旦发现存在松动或者磨损等异常情况需要及时处理。其次，定期检查支护装置本身，查看是否存在构建变形、焊缝开裂等情况，如有，则必须及时解决。再次，注意保证同步阀油液的清洁度处于合格状态，如果油液清洁度不达标，则很有可能影响同步阀的精度。通常在油箱中放置定量的磁铁来实现对同步阀油液的清洁。当同步阀存在不同步现象时，则需要调整油缸的行程来消除不同步所产生的误差。

2. 煤矿巷道掘进技术所存在的问题

现阶段，我国煤矿掘进技术主要是采用悬臂式掘进机和单体锚杆钻机相配套的综合机械化掘进工艺，其机械装备的使用涉及到巷道支护、材料运输、供电、供水等多个环节，但严格意义上来说，我国的煤矿掘进技术只是在截剖、运煤方面实现了机械化作业，但是在掘、锚等工序上仍然具有很大的发展空间。在实际煤矿巷道掘进过程中，人工施工作业量仍然占据着较大比例。因此，在我国的煤矿巷道掘进技术应用中的主要问题有自动化不足、机械化程度低、智能化缺失等。

近年来，我国在煤矿巷道掘进技术的研究上主要将研究方向聚焦在离机遥控、断面监控等方面，虽然取得一定的发展和进步，但是整体效果仍显得较为不足，其中表现出较多的问题，如：记忆截剖、故障自动诊断、自动导航定位等方面的研究水平仍显得较弱，其具体应用效果也不显著。从整体上来说，巷道掘进装备的自动化水平并不高。大部分工序仍然是采用人工作业形式，而且在施工作业之前施工准备工作比较繁重，机械化作业相对不足，影响到整个掘进作业效率，同时也使得掘进的安全性降低。在实际的煤矿巷道掘进中，受施工安全和施工成本等因素的影响，一般在巷道迎头进行截剖、支护工序，然后进行交替支护作业，掘锚不能平行作业，严重影响了施工作业的工作效率。

3. 煤矿巷道掘进工艺的优化

(1)掘进技术方面

根据多年的煤矿巷道掘进工艺经验的总结，逐步采用交叉支护快速掘进工艺，该工艺将后置支护快掘工艺与前置支护快掘工艺的技术优势相融合，能够显著提升掘进速度和支护速度。交叉支护快掘工艺的施工设备主要以双锚掘进机为主，在实际施工作业中，利用掘进机首先开展掘进作业，在掘进一个或者两个锚杆排距之后实施清渣等清理工作。随后利用机载临时防护装置来护住顶板，机载锚杆机开始实施锚杆支护作业。如此反复施工作业，完成掘进和支护工作内容。其中，掘进机前置部分的支护作业行为是永久性的，而后置锚护设备主要负责锚杆与锚索的支护作业，在此基础上开展掘进作业，使得掘进作业时间能够得到有效延长，以提升掘进作业施工效率。交叉支护快速掘进工艺能够在很大程度上使得掘进作业和支护作业的施工速度处于相对平衡的状态，从根本上提升掘进作业效率，同时，也能够很好的加强顶板安全保护。但是，交叉支护快速掘进工艺技术应用还不成熟，还需要对机载临时支护装置的设计进一步完善，以避免影响司机的实际截割视线造成严重后果。同时，这种掘进机的宽度和高度都会显著增加，使得掘进机的操作运行不太灵活，降低了掘进机对各种形式矿区的适应能力。当然，交叉支护快速掘进工艺的操作难度也是相当大的，对操作人员的操作技能有相当高的要求。因此，需要加强对交叉支护快速掘进工艺的优化完善以克服实际应用困难。

(2)施工组织措施

煤矿巷道掘进施工与矿产地质条件具有直接的关系，尤其是构造带和地质断层的地质条件相对复杂，其施工难度显著增加。因此，在施工前通常采用先进的钻控、三维物探等技术来探查施工区域的地质条件，以制定针对性的施工方案，降低施工风险。同时，在施工过程中也需要实时监测该区域的地质条件，并进行动态分析，以保障掘进施工安全。在煤矿巷道施工作业中，为取得较高的作业效率，还应重视作业组织方式优化。在正式施工之前，综合考虑工程项目的作业条件、自然条件以及施工人员的专业技能水平，然后以此来确定科学合理的施工组织形式，并对各个生产工序合理安排，尽量采用平行作业的方式开展。煤矿巷道掘进往往涉及到多个工序，合理的采用平行作业能够让循环作业程序所需要的时间减少，从而有效提升作业的效率。如施工作业中一些耗时较多，工作量较大的作业项目，对整个工序的总耗时影响最大，但是如果能够基于现场实际情况科学规划各工序，在一些作业环节上施行平行作业，对掘进效率提升有较大的帮助。

(3)管理措施

在作业中还需要科学的管理措施来保障整个作业过程，科学的管理就需要根据工程情况制定一系列的管理制度，如机理制度、奖罚制度、生产责任制度，这样，在煤矿巷道掘进工作中能够做到有章可循，有理可依，并将各项规章管理制度落实到位，以提升作业质量和作业效率。施工作业必须遵循正确的循环作业规程，按照规定的程序逐项开展各种施工工艺，使其有序的往复进行。各个工序，各个班次的工作任务必须在规定时间内完成，不得擅自拖延。在循环作业中，支护工作是耗时最长工序，因此对掘进速度影响较大，在作业中可以着重对此进行管理优化。同时，机械设备是掘进工作中的必要工具，因此需要加强对设备的科学管理。对于每台掘进设备实行专人操作、专人维修和专人管理的管理方式，将每台机械设备的管理责任落实到个人，以全面实行定人员、定岗位、定责任的管理方式。机械设备的保养维修工作尽量安排在设备的空闲时间，以保障设备在作业时间能够正常运行，以免影响施工作业，将正常工作时间内设备事故的发生率尽量控制到最低。还需要注意的是，最好准备充足的机械设备零配件，做好设备事故预案。

4. 结语

煤炭资源是我国社会经济发展的重要能源基础。在煤矿开采过程中，煤矿巷道掘进技术是必要的技术手段。结合我国煤炭资源开采现状，需要着重提升掘进技术的高效性和安全性，加大对巷道掘进技术的研究和完善，组织科学合理的施工方式，以提升煤炭的挖掘效率，推动煤矿巷道挖掘工艺的不断优化。

摘要：煤矿作业中，巷道的掘进是一项非常艰巨而困难的工作，其工作量较大，而且对技术工艺要求较高。掘进工艺的优化程度直接决定着巷道掘进的施工速度和施工质量。同时，掘进工艺面中不断引入人机交互元素，使得工程施工条件更为复杂，需要进一步提高掘进施工时的安全性和稳定性。本文对现阶段的煤矿巷道掘进工艺进行了分析与讨论，同时从技术层面和施工组织层面提出了煤矿巷道机械化掘进工艺的优化措施。

关键词：煤矿,巷道,机械化,掘进工艺,优化