煤矿矿井建设中岩石巷道的快速掘进技术_邢云飞.pdf

2 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月煤炭资源使中国经济得到迅速发展，但中国东部煤炭资源已近枯竭，西部煤炭资源开发成为国家能源战略的重要内容。随着中国供给侧结构性改革的深入推进，煤矿企业的大规模重组进一步推动了煤炭资源开发的优化整合。掘进是煤炭开采中最重要的环节之一，据统计，西部地区地下煤矿巷道掘进速度一般在5 0 0m/月以上，虽然掘进速度已达到全国最快，但仍不能满足西部千万吨的煤炭需求，掘进速度与生产需求严重失衡。因此，巷道快速掘进已成为煤矿可持续、安全、高效生产的关键因素。研究者认为，通过优化劳动组织、管理制度、施工技术、机械设备等形成挖、支、运、风、电、水等环节的作业联动体系，考虑作业程序，充分发挥各环节的最大作用，从而达到快速掘进的目的，加快掘进速度。1快速掘进的核心技术1.1光面爆破技术光面爆破技术是指在设计工作面轮廓线上平行设置紧密间隔的爆破孔，控制装药量和不耦合装药结构，选用的炸药应具有低威力、低密度及低爆速，沿炮孔连线将岩石切断崩落1。光面爆破技术发展历史悠久，伴随着科技和社会的进步，这项技术在岩石巷道掘进中的应用有效地结合了锚喷支护和光面爆破，这样不仅可以加快煤矿的掘进速度，还可以降低成本、减少人力资源、提高开采效率，使周边的岩石具有完整性和稳定性。图1所示为装药结构示意图。图 1 装药结构示意图1.2悬臂式掘进及输送技术悬臂式掘进技术简单，易操作，首先利用截割断头的转动对煤层进行截割，由于截割断头的摆动为整个巷道的断面提供了支撑力，为后续生产条件提供了便利，最后切割下来的煤炭通过掘进机铲板进行收集，再利用输送技术将破碎的煤炭运走2。悬臂式输送技术设备包括带式输送机和矸石水平缓冲仓。与传统的输送机相比，带式输送机不仅可以分成上下两层同时运送物料与矸石，有效减少能源与资源的消耗，还可以保证收稿日期：2022-09-22作者简介：邢云飞，1990年生，男，内蒙古四子王旗人，助理工程师，主要从事煤矿开拓掘进研究。煤矿矿井建设中岩石巷道的快速掘进技术邢云飞（西山煤电镇城底矿，山西 古交0 3 0 2 0 0）摘要：煤矿开采的条件复杂、工作量大，快速掘进技术为煤矿发展提供了重要支持。详细介绍了煤矿岩石巷道的快速掘进核心技术，分别是光面爆破技术、悬臂式掘进及输送技术、支护技术、地质勘探技术，这些技术的应用有效提高了煤矿的开采效率。但是在岩石巷道快速掘进技术的实际应用中，存在很多影响掘进速度的因素，导致无法达到预期的效果。因此，在应用这项技术的过程中，需要借助其他措施对快速掘进进行合理优化，使煤矿开采效率得到很大程度的提升。关键词：煤矿；矿井建设；岩石巷道；快速掘进技术中图分类号：T D 2 6 3.2文献标志码：A文章编号：2 0 9 5-0 8 0 2-(2 0 2 3)0 3-0 1 7 4-0 3Fast Tunneling Technology of Rock Roadway in Coal Mine ConstructionXING Yunfei(Zhenchengdi Coal Mine,Xishan Coal Electricity Group,Gujiao 030200,Shanxi,China)Abstract:The conditions of coal mining are complex and the workload is large.Rapid tunneling technology provides importantsupport for the development of coal mines.This paper introduced in detail the core technologies of rapid tunneling of coal minerock roadway,which were smooth blasting technology,cantilever tunneling and transportation technology,support technology,andgeological exploration technology.The application of these technologies effectively improves the mining efficiency of coal mines.However,in the practical application of rock roadway rapid tunneling technology,there are many factors that affect the tunnelingspeed,leading to failure to achieve the desired results.Therefore,in the process of applying this technology,it is necessary to useother measures to reasonably optimize the rapid excavation,so that the mining efficiency of the coal mine can be greatly improved.Key words:coal mine;mine construction;rock roadway;fast tunneling technology（总第2 1 0期）技术研究非电毫秒雷管药卷、导爆索、竹片炮泥堵塞雷管脚线1 7 4 DOI:10.16643/ki.14-1360/td.2023.03.0072 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月操作人员的安全，而且其维护和管理也比较简单。带式输送机是矸石料仓水平缓冲的基础，其输送带可以有效分隔轨道、人行道和煤矸石，同时可在中间加装防护网，设置矸石的水平缓冲仓，形成良好的连续排矸系统，降低作业人员的工作强度3。图2所示为悬臂掘进机机械化作业线。图 2 悬臂掘进机机械化作业线1.3支护技术支护技术就是对掘进后的岩石进行支撑，防止岩层变形或坠落，以此提高煤矿作业的安全性。煤矿巷道中通常用锚杆进行支护，在选择锚杆时，需要结合煤矿的实际情况，在低应力范围的巷道内进行支护施工时，可以选择水泥锚杆；在高应力范围的巷道内进行支护施工时，选择高强度的锚杆3-4。该项技术具有很多优势：a)成本较低。锚杆支护是在围岩和锚杆的帮助下对巷道进行维护，使用更少的钢材和坑木，显著降低了成本。b)适用范围广泛。煤矿矿井工作面接触的岩石种类较多，但有效且科学的锚杆支护技术可以起到保护和维护作用。c)劳动力减少。使用较轻的锚杆，同时借助机械发挥锚杆的功能，不需要消耗过多的劳动力。当然，并不是所有的围岩都可以使用锚杆支护技术，锚杆支护技术不适用于风化围岩的支护。图3所示为锚杆支护示意图。图 3 锚杆支护示意图1.4地质勘探技术在煤矿开采中，会遇到地质较为复杂的情况，为了有效避免煤矿快速掘进中出现问题，需要利用地质勘探技术对地质条件进行探测，准确地掌握地质分布情况，根据探测数据合理科学地制定符合该煤矿地质条件的施工方案和计划。同时需要结合先进的物探和钻探技术，深入了解水文地质构造，以免在掘进中遇到积水问题，从而大大提升煤矿巷道的掘进速度，保障工人安全、生产质量等。2影响煤矿快速掘进的主要因素煤矿之间由于地质硬度、煤炭含量、地形条件等不同而存在着很大的差异，在掘进中选择的支护类型、设备等也不同。影响煤矿快速掘进技术的因素有很多，例如地质因素、掘进设备及技术因素、管理模式因素等。2.1地质因素在煤矿掘进中，地质条件和构造直接影响掘进的速度，对于地质条件较好的区域，掘进速度快，煤层构造简单，岩层赋存条件较为稳定，快速掘进中受到的阻力小；对于地质条件较差的区域，快速掘进难度大，无法同时保障掘进速度、安全和质量，由于地质条件复杂，很有可能在掘进中出现陷落、坍塌的情况5，严重时还可能会危及人员安全，造成巨大损失，因此需减慢掘进速度，边掘进边观察，避免出现安全事故。2.2掘进设备及技术因素设备的选择对煤矿掘进顺利进行非常重要，中国的机械设备还不是很先进，很多方面还达不到国际生产水平，例如一些重型机械设备运行的自动化程度不高，可靠性较低，严重影响掘进速度，且在运行中出现故障的频率较高，使施工周期延长；还有一些钻具容易出现断裂或破损，给煤矿企业和施工人员带来很大的经济损失和困扰5。除了机械设备外，还有快速掘进技术，一些单项工艺技术暴露出很多问题，巷道掘进中的支护、成型等无法得到保障，需要结合几种掘进技术，不断优化、改善。2.3管理模式因素煤矿的快速掘进与各工序的结合息息相关。在施工过程中，要做好施工组织管理工作，充分协调施工现场各类资源，做到科学合理地有效管理。在煤炭资源开采过程中，有的企业没有制定详细的管理内容，导致工艺随意发展，极大地影响了掘进速度。同时一些矿井工作人员的积极性和主动性不强，导致怠工、懒惰，严重降低了工作效率。3煤矿快速掘进的有效措施3.1重视地质预测工作对于未知的煤矿开采环境，需要准确勘探，不能盲目开采，否则在开采中容易破坏地质构造，引发安全事故。因此煤矿企业需要高度重视地质环境的探测，使用先进的勘探设备和技术，提前掌握该煤矿的地质条件，通过一系列分析确定可能存在的问题，并提出相应的解决方案，保障巷道掘进的施工效率和人员安全。3.2优化掘进技术成熟的快速掘进技术可以在很大程度上提高开采速度。爆破技术常用于岩石巷道钻孔中，该技术的应邢云飞：煤矿矿井建设中岩石巷道的快速掘进技术悬臂掘进机梭车临时矸石仓转载至带式输送机临时矸石仓带式输送机矿车地面二次运输两帮台阶支护顶部锚杆帮部锚杆1 7 5 2 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月采用锚杆钻车提高围岩支护效率，采用单轨吊提高辅运输效率。对巷道掘进时采用的智能掘进工艺各个设备进行详细阐述，现场应用后，巷道综合掘进效率提升约4 2%，掘进进尺达到3 5 0m/月，1 5 1 0 3运输顺槽耗时1.5个月即可完成掘进，同时现场作业人员数量减少至6人，实现了减人增效以及复杂地质条件巷道的快速掘进。参考文献：1 李国华.矿井巷道智能掘进装备的关键技术问题探讨 J.矿业装备，2021(4)：216-217.2 王飞，谢进，罗伟，等.煤矿掘进工作面智能化改造方案探讨 J.陕西煤炭，2021，40(4)：182-185.3 李广友.煤矿井下智能化高速掘进工艺的应用研究 J.山西冶金，2021，44(3)：254-256.4 林继.快速掘进成套装备的智能化控制系统 J.集成电路应用，2021，38(1)：120-121.5 丁振华，吴家梁，姜德义，等.煤矿巷道智能掘进装备的关键技术问题探讨 J.中国煤炭，2020，46(11)：58-62.6 杨健健，张强，吴淼，等.巷道智能化掘进的自主感知及调控技术研究进展 J.煤炭学报，2020，45(6)：2045-2055.7 刘送永，张德义.巷道掘进机智能化技术研究现状及展望 J.工矿自动化，2019，45(10)：23-28.8 李砚耕.智能化矿山巷道掘进设备导向系统的研究 J.凿岩机械气动工具，2019(1)：51-58.（编辑：白洁）用重点是在每个割台上设置5 6个风钻，使风钻的钻孔深度保持在2m 左右6。在勘查和施工过程中，需要确定中腰线的位置，根据位置确定具体的钻眼轮廓和钻眼位置。在钻孔后，要掌握钻孔位置的准确度、各个钻孔位置的水平度和垂直度，为保证钻孔的垂直度和规律奠定基础。同时，要根据岩石硬度调整爆破图，在此过程中还应注意钻眼装药量。最后确定施工计划、程序等，使巷道的质量和成型效率得到保障。3.3优化运输系统在应用快速掘进技术时，带式输送机的应用可以有效提升运输效率，在使用中应根据实际工作环境设计系统输送线、输送带、物料性质、输送量等参数。例如输送线和输送带设计不仅要考虑弯曲段的尺寸等参数，还要考虑输送线坡度、最大长度和提升高度等因