煤矿巷道掘进工艺及装备的发展分析

杨 涛

(同煤集团 机电管理处，山西 大同 037003)

0 引言

煤炭资源作为我国的基础能源，其在国民生产中占有十分重要的地位，特别是近年来，随着我国经济建设的飞速发展，国内很多重要行业都离不开煤炭资源，各行各业对煤炭资源的需求量不断增大。而随着各矿井已开采年限的增加，矿井可采煤炭资源量不断减少，要想更好地满足市场需求，这就对煤矿开采效能提出了更高的要求。煤矿巷道掘进工作作为煤矿开采作业中的一道重要工序，其掘进效能的高低会直接影响到煤矿开采的高效性，为此，本文分析了煤矿巷道掘进工艺及装备，研究煤矿巷道快速掘进技术也显得越来越重要。

1 煤矿巷道快速掘进工艺现状

就巷道掘进施工而言，人们可把其具体细分为掘进部分与支护部分。其中掘进又主要包含掘、装、运等内容,当前各矿井所用的掘进设备大多都具备掘、装、运等功能，掘进设备也越来越成熟；而对于支护部分，基于其工作过程与效果可将支护工作详细划分为临时支护与永久支护。其中临时支护主要是为永久支护服务的，其主要起到了临时防止顶板出现下沉的作用，进行永久支护作业一般会撤除临时支护，在日常生产作业中，人们常见的临时支护设备大致可分为棚式临时支护、掘进机载前探式临时支护以及掘锚机组临时支护装置；而永久支护主要起到长期保护顶板的作用，人们常见的永久支护方式主要有锚杆支护与锚索支护[1]。

1.1 后置支护快速掘进工艺

在进行巷道掘进施工作业时，相关作业人员应依据实际情况对掘进作业与支护作业进行科学、合理的调整，且应让临时支护作业与永久支护作业密切配合，当需要提高掘进效率时，通常可采用适当牺牲部分作业空间来进一步获得掘进时间的后置支护方式来实现快速掘进。

对于后置支护掘进工艺而言，其包含的设备主要有掘进机、进行临时支护的支架组、锚杆钻机等，在后置支护作业中所用到的核心设备主要为临时支护作业支架组。具体工艺流程为：采用掘进机实施掘进作业，装运机进行清渣，同时让支架组及时跟进开展临时支护作业，借助运锚机进行永久支护，这样便完成了单个循环作业。在该循环作业中，人们通常是一边进行掘进及装运清渣，一边实施临时支护作业与永久支护作业，二者可同时进行，这样可显著提高掘进效率，使巷道真正实现快速掘进[2]。

但在实际生产中，人们也发现当应用后置支护工艺来提高巷道掘进效率时，也存在很多问题，具体如下：①所用的临时支护支架组结构较大，不仅会对掘进机的顺利调动产生影响，而且也会使设备实际维护量大幅增加；②在工作面不断向前推进作业中，支架组需对顶板进行反复支撑，易导致顶板发生破碎，增加了巷道顶板管理难度；③临时支护实际支护强度通常不会很大，易造成顶板下沉，当进行永久支护时，易出现顶板离层现象；④后续用锚杆与锚索进行支护作业时，其支护时间很难与实际掘进速度完美匹配。

当采用后置支护快掘工艺来进行巷道掘进作业时，因其支护强度偏低且需多次反复支撑，因此当需支护的巷道顶板不是很稳定时不宜采用该支护方式进行支护;但当待掘进巷道顶板较完整、地质条件较好时，采用该支护方式进行支护作业会使巷道实际掘进效率得到大幅提升。

1.2 前置支护快速掘进工艺

在实际掘进作业中，在掘进迎头就把永久支护顶板完成的这种快速掘进工艺为前置支护工艺，其采用的是掘一锚一以及掘一锚二的方式进行支护，该掘进工艺虽然会耗费部分掘进时间，但有助于更好地保障矿井顶板安全[3]。

当采用该种快掘工艺进行生产作业时，省去了临时支护作业，或只在进行永久支护作业时，借助机载临时支护设备来进行简单的临时支护，这样可大幅缩短掘进耗时，提高掘进效率。在实际生产中，该掘进工艺的主要掘进流程为：先让掘进机实际掘进一个或两个锚杆排距，然后再让掘进机适当后退甚至完全退出，采用锚杆钻机实施锚杆支护，再让锚杆钻机退出，并让掘进机到迎头中试着掘进一个锚杆排距或两个锚杆排距，这样便顺利完成了单个作业循环工序。

应用该工艺进行快掘作业时，可及时支护掘进顶板，顶板管理效果较好，较适宜掘进顶板破碎现象较严重以及顶板稳定性相对较差的巷道。因掘进施工与支护施工具有一定的互斥性，在巷道施工作业中，锚杆支护速度的快慢会严重影响掘进效率的高低，而该掘进工艺受掘进迎头空间的制约，实际掘进效率不会很高。其对工人施工情况及设备运行情况要求也相对较低，但实际耗费的人力资源相对较多，手持锚杆钻机设备较适合应用于该种施工作业中。在实际生产作业中，对于人力资源相对富裕的矿井，人们可尝试着采用该快速掘进工艺进行作业。

2 煤矿巷道快速掘进工艺装备及发展趋势

2.1 交叉支护快速掘进工艺装备

经长期应用，人们发现后置支护快掘工艺虽然实际掘进效率相对较高，但对顶板的管理不是很有利，而前置支护快速掘进工艺却恰恰与其相反；采用后置支护快掘工艺进行掘进可使掘进速度实现最大化，但很难把顶板安全性统筹兼顾好。在实际生产作业中，为了使掘进速度与支护速度实现科学、合理的匹配，人们研究出了一种交叉支护快速掘进工艺，该工艺正逐步得到改进与完善。

采用交叉支护快掘工艺进行掘进作业，其主要用到的设备为双锚掘进机。对于锚杆机集成型式而言，其主要集成方式大致可分为机身外部集成、截割部集成以及机身内部集成等。采用该工艺进行作业时，掘进机前置只用以实施必要的永久支护，用后置锚护设备来完成余下的锚杆与锚索支护作业，在此过程中同时开展掘进作业，可借助延长掘进作业时间来提升实际掘进效率。该掘进工艺的具体作业流程为：先让掘进机掘进一个锚杆排距或两个锚杆排距，再进行排渣并适当清理底板，然后让机载临时防护装置展开将顶板护住，再让机载锚杆机适当伸出，实施锚杆支护，再收回机载锚杆机，掘进机再掘进一个锚杆排距或两个锚杆排距，与此同时让后排进行锚杆及锚索的补打作业[4]。

借助交叉支护快速掘进方式施工，可在某种程度上使掘进速度与实际支护速度存在的不平衡现象得到适当缓解，这样不仅大幅提高了实际掘进效率，而且能更好地保障顶板安全。但交叉支护掘进工艺也存在以下不足：①机载临时支护装置较难设计，若其设计不科学、不合理，可能会对司机的实际截割视线造成严重影响；②布设机载锚杆钻机后，会使掘进机的宽度增宽、高度增大，会影响掘进机整机的实际适应性，降低其适应能力；③受锚杆机自身具体结构特点的限制，当实施锚护施工时，在某种程度上会增大操作难度。

2.2 交叉支护快速掘进装备未来发展趋势

通过对交叉支护快速掘进工艺与双锚掘进机进行科学、合理的配合，不仅可把掘进效率与顶板管理二者都兼顾到，而且对作业施工条件要求不是很高，与单纯的只采用后置支护工艺或前置支护工艺相比，属于一种最佳的掘进工艺。该快速掘进装备与工艺未来的重点发展方向为[5]：①对机载锚杆钻机实际布设结构进行科学、合理的优化，同时进一步提高其对巷道的适应性与实际操作的方便性；②为提高后续支护速度，同时显著减轻工人作业强度，可在系统后部装设机载锚杆钻机与运锚机；③对掘锚一体式掘进机具体结构进行科学、合理的优化，以进一步降低设备生产成本，同时增强其工作适应性；④对临时支撑结构进行改进优化，使得实际掘进时间尽量长，以提升掘进效率[6]。

3 结束语

总之，在实际生产作业中要想显著提高矿井巷道掘进效率，相关施工人员必须从本矿井的实际情况出发，制定出适合自身掘进施工的掘进工艺，并应对掘进时间与支护时间进行科学、合理的分配，这样才能最大限度地提高掘进效率，使矿井巷道实现快速掘进，进而为企业创造出更多的经济效益。