煤矿大断面巷道快速掘进技术分析

2023-02-10

引言

随着我国的煤矿生产技术逐步向着机械化和自动化的方向发展。多数高效的工作面煤炭开采设备一直都被广泛应用，煤炭的生产效率也因此不断地被提升。但是，在实际生产的过程中，一部分煤矿的工作面生产和掘进的过程中容易出现不平衡的现象，甚至会直接制约煤炭的生产。正是因为煤矿瓦斯浓度较大，内部也有着较为复杂的地应力，所以巷道断面的施工难度较大。本文主要分析煤矿大断面巷道快速掘进技术。

1. 研究背景

为了在生产的过程中不断地适应当前煤炭高校的生产节奏，并有效地改善掘进不平衡的现状。有关人员需要对大断面巷道掘进技术进行全面的研究。目前，井下巷道施工的过程中涉及掘进、支护、运输和协同等多个方面的要求。不仅管理的环节较多，整体的流程也非常紧凑[1]。所以在实际施工的过程中也会耗费大量的人力和物力。本文结合实际的案例具体分析煤矿大断面巷道快速掘进技术。

2. 巷道快速掘进影响因素

目前，煤矿巷道快速掘进的因素主要是由地质条件、技术条件和其他诸多内容组成。从发展过程可以看出，巷道快速掘进影响的因素主要包括如下几个方面：

(1)地质条件

地质条件将会直接影响巷道快速掘进的发展，这一情况是无法改变的。目前，多数煤矿矿区地质构造中存在诸多褶皱断层，岩体的硬度不佳，储水和储气的情况也分外复杂。如果岩体硬度过大，则会使得掘进的过程变得非常缓慢。如果顶板和两帮的裂隙发育不全，自然会使得支护的情况变得更加困难。所以在实际掘进的过程中容易出现冒顶、瓦斯涌出和其他不同类型的事故。

(2)技术条件

在煤矿大断面巷道掘进的过程中，掘进设备、运输设备和支护工艺都会发挥重要的作用。虽然我国掘进设备研发的速度非常快，但是在实际生产的过程中还是会存在诸多方面的问题[2]。有一部分的巷道内部的地质条件较为复杂，所以也容易在掘进的过程中存在诸多方面的问题。只有选择和工况匹配的掘进机才能够提升掘进的效率。因此，大家需要先制定合理的掘进和支护工艺，才能够更好地提升掘进的速度。但是，在平时掘进的过程中容易出现一系列不良的现象，这也会在之后影响巷道支护的效果。如果采用良好的施工方案，自然就能够提升煤矿大断面巷道掘进的质量。

(3)管理模式

在实际掘进生产的过程中，只有有效地提升掘进技术条件，才能够更好地改善管理过程中存在的短板和掘进过程中的瓶颈。传统的管理模式总是会轻视掘进劳动制度、员工培训和技术服务方面的内容。所以，即便装备和工艺有所提升，其掘进的速度也没有办法被更好地改善。在生产的过程中，只有优化管理的模式才能够提升队伍的素质。

3. 工程概述

某矿作业面的主采煤层为15#煤矿。整体煤层的厚度介于5.2-7.2m，整体埋深超过600m，所以这位典型的高应力软弱煤层回采作业面。在掘进的过程中，专业的人员可以采用沿底留顶的掘进方式[3]。可以发现，巷道上部厚度为3.2m的砂质泥岩，基本顶由5.5m的中粒砂岩组成，直接底是由厚度为4.4m的粉砂岩组成。整体断面的尺寸为3200mm×5000mm。其断面支护的示意图如图1所示。

整个作业面两边都会采用综合机械施工工艺进行加工。专业的人员也可以选用高强度的螺纹钢锚杆来有效地进行支护。在作业的过程中，需要遵循割煤准备-物料运行-安全检测-临时支护-布设锚杆。并按照此模式进行循环作业。图2展示了煤矿巷道的内部构造。

4. 巷道快速掘进优化的措施

目前，多数煤矿内部的地质条件总是存在着很大的差异，更是大家需要在生产过程中需要解决的问题。因此，在实际掘进的过程中，专业人员需要先分析不同的地质条件，并在之后选择最优方案。

(1)设备优化

可以看出，巷道内部的掘进设备主要是由掘进机、锚杆钻机和运输机等机械组成。在优化设备的过程中应该坚持“控制成本，灵活高效”的原则。

(1)选择合适的掘进设备

应该先分析具体的地质条件、巷道断面设计、施工要求和外形等参数，并在之后根据截割头的功能和结构选择合适的参数。这样在具体设计的过程中就能够配合有效的煤岩硬度和节理等参数。如果巷道断面本身较大，而且岩体的硬度较高，大家可以选择功率较大的悬臂掘进机进行操作。常用的EBZ200悬臂掘进机可以在短时间内突破岩石。如果巷道断面较小，破岩的难度较低，大家可以选择价格合适的轻型掘进机。这种掘进机不仅结构较为灵活，而且在使用的过程中不容易出现故障。

(2)选择合适的锚杆钻机

单体的锚杆钻机一直都在多数煤矿中被广泛应用。在结束钻孔之后，就要派遣专业的人员来安装锚杆。有些巷道的顶板状况本身就较差，循环掘进的速度也较慢，所以掘进的速度自然会比较慢[4]。因此，大家可以采用专业的凿岩台车等专业的设备进行掘进。熟知的液压凿岩机最近几年来发展的较为成熟。不仅机器的功率较大，而且在操作的过程中不会产生较大的噪音，所以可以让支护作业更加顺利地进行。如果矿井本身不具备生产的条件，专业人员也可以采用风动凿岩台车等设备来有效地进行支护。不仅其支护的效率会变得更高，而且更能够在生产的过程中避免产生污染和噪音。

(3)选择合适的运输设备

应该尽可能地选择与其他掘进机功率和型号相匹配的刮板机、胶带输送机和其他辅助设备，这样才能够让运输的过程变得更加顺利。也只有这样才能够在之后全面实现连续掘进作业。不仅能够有效地缩短劳动的时间，更能够通过降低工人的劳动强度来提升掘进的效率。

(2)支护方式优化

在实际支护的过程中，可以采用如下几种方式来优化支护方式：

(1)安排合适的支护工序

在实际掘进的过程中，支护工序可以占据其中的一半以上。因此，大家可以通过安排不同阶段的支护工序来提升作业效率。如果需要安排边掘进边支护的施工方式。有关人员则需要在安装锚杆的过程中先让掘进机停止运作，最终才能够降低掘进机的开机率。

在配置绝大多数顶板的过程中，专业人员可以根据实际条件弱化支护情况。在开挖巷道之后，可以对顶板和顶角进行临时支护[5]。之后再在迎头10-20m的范围内有效地进行支护。只有满足以上的条件才能够防止掘进机长时间处于停机的状态。在实际操作的过程中，专业的机器能够让支护的时间和支护的质量保持平衡。如果真的需要临时支护，专业人员需要安排合适的维修设备、电力施工设备和运输设备来进行交叉作业。