巷道掘進技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

1、摘要：眾所周知，巷道掘進是煤礦開采的重要環(huán)節(jié)。因此，巷道掘進技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中就顯得十分重要。通過對我國目前掘進技術(shù)、掘進設(shè)備的技術(shù)特點分析，探討了要加強相關(guān)技術(shù)人員的專業(yè)素養(yǎng)，以提高礦井的掘進技術(shù)水平。關(guān)鍵詞：掘進技術(shù)；礦山巷道；掘進技術(shù) 我國的自然資源構(gòu)成基本特點是富煤、貧油、少氣，這就決定了煤炭在一次能源中的地位。我國煤炭資源總量為5.6萬億噸，其中已探明儲量1萬億噸，占世界總儲量的11.60%。我國煤層賦存條件復(fù)雜，呈現(xiàn)多樣性，煤層厚度從零點幾米到幾十米之間變化，為了開采煤炭，需要開掘大量的煤巖巷道。掘進和回采是煤礦生產(chǎn)的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，采掘技術(shù)及其裝備水平直接關(guān)系到煤礦生產(chǎn)的能力和安全。

2、高效機械化掘進與支護技術(shù)是保證礦井實現(xiàn)高產(chǎn)高效的必要條件，也是巷道掘進技術(shù)的發(fā)展方向。1巷道掘進技術(shù)20世紀80年代以來，我國對礦井設(shè)計進行了改革，取消了巖石集中巷布置方式，將開拓巷道和采準巷道布置在煤層中，增加了煤巷在井巷工程中的比例。目前，煤礦掘進巷道中大量的是煤巷，約占總掘進巷道工程量的70左右。我國煤巷高效掘進方式主要有三種：第一種是懸臂式掘進機與單體錨桿鉆機配套作業(yè)線，也稱為煤巷綜合機械化掘進，在我國國有重點煤礦得到了廣泛應(yīng)用，主要掘進機械為懸臂式掘進機，它適應(yīng)范圍廣；第二種是連續(xù)采煤機與錨桿鉆車配套作業(yè)線，在我國神東、萬利等礦區(qū)及鄂爾多斯地區(qū)進行了推廣應(yīng)用，主要掘進機械為連續(xù)采煤機

3、，它需要多巷掘進，交叉換位施工；第三種是掘錨機組掘錨一體化掘進，僅在一些礦區(qū)進行了使用，目前處于試驗階段。1.1煤巷綜合機械化掘進煤巷綜合機械化掘進由懸臂式掘進機、轉(zhuǎn)載機、可伸縮帶式輸送機（或刮板輸送機）、單體錨桿鉆機、通風(fēng)除塵設(shè)備及供電系統(tǒng)等設(shè)備組成。懸臂式掘進機是煤巷綜合機械化掘進的關(guān)鍵設(shè)備，掘進機的性能對于提高掘進工效和掘進進尺具有重要作用。我國煤巷懸臂式掘進機的研制和應(yīng)用始于20世紀60年代，以3050kW的小功率掘進機為主，研究開發(fā)和生產(chǎn)使用都處于試驗階段。80年代初期，為適應(yīng)煤礦機械化生產(chǎn)發(fā)展的需要，我國引進了AM50型、S-100型掘進機兩種為代表的機型，對發(fā)展我國綜掘機械化起到

4、了推動作用。同時，國內(nèi)加強對引進機型的消化吸收工作，積極研制開發(fā)了適合我國地質(zhì)條件和生產(chǎn)工藝的綜合機械化掘進裝備。經(jīng)過近30年的消化吸收和自主研發(fā)，目前，我國已形成年產(chǎn)1000余臺的掘進機加工制造能力，研制生產(chǎn)了20多種型號的掘進機，初步形成系列化產(chǎn)品，基本能夠滿足國內(nèi)市場的需求。AM50型、S-100型掘進機均為國外20世紀70年代的產(chǎn)品，設(shè)備功率小、機重輕、破巖能力低及可靠性差，僅適合在條件較好的煤巷中使用。近年來，我國相繼開發(fā)了以EBJ-120TP型掘進機為代表的替代機型，在整體技術(shù)性能方面達到了國際先進水平，正在推廣應(yīng)用。我國研制的新一代煤巷掘進機具有以下技術(shù)特點：1)整機結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)

5、計合理；2)機身矮、重心低、工作穩(wěn)定性好；3)生產(chǎn)能力大、破巖能力強、適應(yīng)性好；4)采用液壓馬達直接驅(qū)動裝載機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定，可靠性高，減少了維護量；5)采用無支重輪履帶行走機構(gòu)和履帶導(dǎo)向輪黃油缸張緊裝置，提高了履帶行走機構(gòu)的可靠性；6) 液壓系統(tǒng)簡單可靠，增設(shè)了自動加油裝置，提高了液壓系統(tǒng)的可靠性；7) 電氣系統(tǒng)采用了PLC控制，具有工礦檢測和故障診斷功能。 近幾年，國產(chǎn)掘進機在煤巷掘進中取得了較好的成績，實際年進尺可達60008 000m，基本滿足了煤巷高效掘進的需要。2004年潞安礦業(yè)集團常村煤礦綜掘一隊采用 EBJ-120TP型掘進機，在大斷面煤巷掘進中創(chuàng)月進680m的好成績。

6、2005年金峰集團寸草塔煤礦使用EBJ-120TP型掘進機，最高日進尺為72m,月進尺905m。2005年鄂爾多斯宏景塔礦使用EBJ-120TP型掘進機，日進尺達到了40m。懸臂式掘進機在我國重點煤礦已普遍使用，發(fā)揮了重要作用。但由于是單巷掘進，且采用單體錨桿進行錨桿支護，掘進和支護不能平行作業(yè)，影響了掘進速度的進一步提高。1.2大斷面煤巷連續(xù)采煤機高效掘進連續(xù)采煤機是一種具有較大截割寬度的集落煤、裝運及行走為一體的綜合機械化掘采設(shè)備，在國外廣泛應(yīng)用于矩形斷面的雙巷或多巷快速掘進，以及短壁開采，已成為現(xiàn)代高產(chǎn)高效礦井的重要設(shè)備。我國引進連續(xù)采煤機始于1979年，迄今為止大體經(jīng)歷了單機和成套設(shè)備

7、引進兩個階段。目前，我國神東公司、晉城煤業(yè)、萬利公司、晉神公司、魯能集團、伊東公司及伊泰公司等礦區(qū)使用連續(xù)采煤機近60余臺，用于大斷面煤巷的掘進和短壁開采。連續(xù)采煤機掘進工作面設(shè)備配置按工作面運輸方式一般分為兩種：一種是間斷式運輸方式，工作面配置為連續(xù)采煤機、運煤車或梭車、給料破碎機、錨桿鉆車、鏟車及膠帶輸送機；另一種是連續(xù)運輸方式，工作面配置為連續(xù)采煤機、錨桿鉆車、連續(xù)運輸系統(tǒng)、鏟車及膠帶輸送機。連續(xù)采煤機在大斷面煤巷掘進時，連續(xù)采煤機與錨桿鉆車采用交叉換位作業(yè)方式。連續(xù)采煤機在運輸巷道掘進的同時，錨桿鉆車正在回風(fēng)巷道進行錨桿支護作業(yè)，當連續(xù)采煤機完成一個掘進循環(huán)時，與錨桿鉆車交換位置。為滿

8、足機器調(diào)動和運輸?shù)囊螅瑑蓷l巷道之間每隔50m掘一條聯(lián)絡(luò)巷。2巷道掘進影響因素 巷道掘進是一個系統(tǒng)工程，影響因素較多，該系統(tǒng)中包含人（施工者和管理者）、技術(shù)裝備、生產(chǎn)技術(shù)以及管理、安全、技術(shù)革新的影響等諸多因素所構(gòu)成的綜合復(fù)雜體系。現(xiàn)將其歸納以下三個主要方面：人的因素（施工人員的基本素質(zhì)和管理組織形式）；施工機械設(shè)備及生產(chǎn)技術(shù)因素；施工工作地點安全因素（即環(huán)境因素）。三者之間如“木桶理論”一樣，任何一個環(huán)節(jié)的欠缺都會影響到整個掘進施工的進度。下面就制約巷道快速掘進諸因素探討分析。2.1人的因素2.1.1施工人員的素質(zhì)培養(yǎng) 一項工程如果沒有人的參與，其永遠不可能實現(xiàn)。無論是全自動機械化作業(yè)還是全

9、人工原始施工，施工人員是關(guān)鍵因素，在施工過程中起積極能動作用，超過其他任何因素，其具體包括以下兩點。2.1.1.1勞動者的素質(zhì)勞動者的素質(zhì)主要包括受教育程度、技術(shù)熟練程度、勞動者的生產(chǎn)積極性、安全教育等幾個方面。影響地下礦山井巷掘進的因素很多，比如操作人員沒有按照規(guī)程作業(yè)，操作人員文化水平比較低，對生產(chǎn)工藝不熟悉，對生產(chǎn)設(shè)備的性能了解不夠，操作不熟練等等。因此，在施工前和勞動過程中，加大對工人的技能培訓(xùn)尤為重要，勞動者的勞動技能獲得改善，可極大提高工作效率。 在新工藝施工前，要對職工進行技術(shù)培訓(xùn)，使工人盡快掌握每一道工序及要求，這樣才能保證此施工工藝順利進行。 在掘進施工中，在人員配備上做到工

10、種齊全、分工明確、密切配合，各工程銜接緊密，有效地利用工時，提高工效、提高工人素質(zhì)，培養(yǎng)出盡可能多的多面手，只有這樣才能使其掘進效率保持較高的水平。2.1.1.2管理者的能力管理者，特別是基層直接管理者的技術(shù)水平、組織能力、管理能力、培訓(xùn)能力等方面在施工組織中尤為重要。施工過程中，作業(yè)規(guī)程編制及技術(shù)交底質(zhì)量差，對生產(chǎn)的指導(dǎo)性不強；安全規(guī)程不完善，現(xiàn)場管理不到位或制定的管理制度未認真貫徹；技術(shù)人員業(yè)務(wù)素質(zhì)低，巷道掘進設(shè)計不合理，生產(chǎn)工藝不完善，支護設(shè)計不合理等都會給生產(chǎn)造成隱患，從而影響施工的順利進行。2.1.2管理組織形式2.1.2.1基本管理制度 健全和堅持以崗位責(zé)任制為中心的各項管理制度，

11、是施工技術(shù)措施、施工設(shè)備和施工組織得以順利實施的保證，是加快施工速度、降低生產(chǎn)成本、保證施工質(zhì)量和安全的基礎(chǔ)。2.1.2.2合理的施工方法對于巷道掘進，采取一次性開挖成型或多次開挖成型方式，根據(jù)圍巖情況進行超前支護或初期支護，必要地段加強支護，以保證安全。 在支護過程中，改善施工工藝，如采用濕噴工藝、發(fā)揮圍巖自承能力的錨桿支護等，既減少工人勞動強度，又改善施工環(huán)境。2.1.2.3科學(xué)的施工組織科學(xué)地施工組織要求作到以下幾點：確定每個工序作業(yè)時間和循環(huán)時間，盡量壓縮關(guān)鍵線路上關(guān)鍵工序外時間；多工序平行作業(yè)；編制合理高效的循環(huán)圖表，優(yōu)化勞動組織；合理選擇施工作業(yè)方式和循環(huán)方式；確定循環(huán)合理的循環(huán)進

12、尺。2.2施工機械設(shè)備及生產(chǎn)技術(shù)因素2.2.1機械設(shè)備 鉆眼、爆破與裝運是巷道施工中主要工序，而鉆眼與裝運設(shè)備的合理選擇及使用將直接決定巷道掘進速度。2.2.1.1鉆眼 當前巷道掘進普遍使用的仍是氣腿鑿巖機（如7655型、YT-28型、YTP26型等），由于氣腿鑿巖機輸出功率小，鉆速低，所鉆炮孔深度淺，要想提高工作面鉆孔速度，就得多機作業(yè)，但掘進工效仍無法提高。我國部分工程項目已采用單臂、雙臂或三臂鑿巖臺車進行施工，但就我國鑿巖設(shè)備使用及更新程度來說，大部分仍停留在第一、第二代水平，即氣腿鑿巖機或半液壓鑿巖臺車水平。而國外在大斷面巷道中已基本采用盾構(gòu)機或TBM掘進機，小斷面內(nèi)均采用鑿巖臺車，使

13、得鉆孔時由換釬、定位、開孔鉆孔、返釬均全部自動化控制。另外，60年代美國第一臺直徑3.1m的全斷面掘進機試驗成功（頁巖中月進尺達到2087.6m），給巷道掘進帶來新的革命。又經(jīng)近50年來不斷研究，從技術(shù)角度出發(fā)，它已能在任何巖石中鉆進。由于全斷面掘進機掘進速度快，成本低，工效高，巷道掘進質(zhì)量好，又安全可靠，所以，其勢必將取代其他鑿巖設(shè)備。2.2.1.2裝運 裝巖工序在平巷掘進中占整個循環(huán)時間的30%50%，當前，國內(nèi)已基本實現(xiàn)機械化作業(yè)。從50年代到現(xiàn)在，我國工程施工中裝運機械共進行了四個階段的更新，在裝巖上總的趨勢是從效率低的裝載設(shè)備為主的間斷出碴設(shè)備配套，向高效率連續(xù)出碴設(shè)備配套發(fā)展，即采

14、用連續(xù)作業(yè)的蟹爪式或立爪式裝載機與皮帶轉(zhuǎn)載機和礦車配套，或采用的無軌鏟運機出碴或與大噸位自卸汽車配套出碴，其可把掘進工效提高12倍，采準時間縮短75%80%。2.2.2生產(chǎn)技術(shù) 根據(jù)我國井巷掘進當前施工水平，廣泛采用的仍是鉆爆法施工，而支護方式基本為錨噴支護。該方法在施工速度、安全質(zhì)量、勞動強度、生產(chǎn)成本方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的架棚支護和砌碹支護方式。但施工中仍存在一些問題，如由于巷道成形欠佳造成網(wǎng)、噴質(zhì)量差，錨桿安裝質(zhì)量不好等，對于圍巖較差地段不但會存在安全隱患，而且還會制約井巷掘進進度。2.2.2.1改進光爆技術(shù)，加強巷道成形 當前巷道爆破均采用光面爆破，而大多為淺孔爆破，為提高進尺，可從加大孔深

15、和孔徑入手，并且經(jīng)多年實踐，中深孔（5m）爆破也是可行的。同時，為加強巷道成型，由于加大孔徑而減少的擴炮孔數(shù)量可轉(zhuǎn)移至周邊，即增加周邊眼數(shù)量，保證光爆效果。而且，增加孔深和炮眼數(shù)可以提高臺車的純鉆眼時間，充分發(fā)揮高效設(shè)備的利用率。2.2.2.2合理選擇錨桿，提高安裝質(zhì)量 錨桿是否發(fā)揮作用，最關(guān)鍵是選型是否正確及安裝規(guī)范與否。不同圍巖需選用合理的錨桿，如砂漿錨桿、樹脂錨桿、中空注漿錨桿及預(yù)應(yīng)力錨索、對穿頂應(yīng)力錨索等。錨桿安裝角度、錨墊板是否貼緊巖面及注漿是否飽滿，都將直接影響錨固質(zhì)量。2.2.2.3選用合格材料，保證網(wǎng)噴質(zhì)量 金屬網(wǎng)主要增加噴混凝土的抗彎強度和韌性，但其安裝時必須緊貼巖面。選用合

16、格的噴漿料生產(chǎn)混凝土，并選擇濕噴工藝，不但可提高噴漿效果，減少回彈率，還可改善工作環(huán)境。3施工地點安全（環(huán)境因素）3.1自然因素地下突水、瓦斯、高地溫及高壓力圍巖變形等自然災(zāi)害將直接危害巷道施工安全，其在施工中可借助相關(guān)設(shè)備（如地質(zhì)雷達、紅外線設(shè)備等）進行監(jiān)測，采取必要措施達到安全條件，但其勢必影響施工進度。3.2人為因素平巷掘進，基本為獨頭施工，掌子面空間狹小，人員、機械較多，空氣質(zhì)量差，特別是鉆眼和出碴時。對此必須加強通風(fēng)，保證空氣質(zhì)量及能見度，減少安全隱患。人在施工中的隨意性，是最不安全因素。在保證個人施工能力及操作規(guī)范性同時，安排合理工作時間、保持施工人員的良好施工狀態(tài)，也是安全施工必備條件。4結(jié)束語鑿巖爆破方面，在中小型礦山進一步推廣半液壓鑿巖臺車，在先進的大型礦山，特別是新建礦山引進推廣先進的全液壓鑿巖設(shè)備，在長巷道獨頭掘進中，研制和推廣鑿巖裝載聯(lián)合設(shè)備，同時，進行小直徑全斷面掘進機的引進和應(yīng)用。出碴方面，采用效率較高的裝載設(shè)備，比如蟹爪式和耙斗式裝載機，大力推廣梭式礦車，長巷道獨頭掘進盡量搭接使用，采準巷道多頭掘進時，采用鏟運機出碴。加強平巷施工組織和管理工作。平巷施工要達到快速、優(yōu)質(zhì)、低耗和安全的要求，除合