摘要：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。通过对矿井后置支护掘进工艺与前置支护掘进工艺各自特点、适用范围的分析，并结合笔者自身工作经验，探析了煤矿巷道快速掘进工艺装备及其发展，指出未来煤矿巷道掘进装备主要朝着大功率化、重型化以及机电一体化方向发展。
关键词：煤矿；巷道掘进；工艺；装备；发展
中图分类号：TD263 文献标识码：A
1煤矿巷道快速掘进工艺
1.1复合支护技术
所谓复合支护技术就是将两个或两个以上的支护技术联合使用的技术，在煤矿巷道的实际施工过程中，根据实际情况，选择不同的组合支护方式，进行优势互补，达到最佳支护效果。常用的复合支护技术有锚杆锚索支护技术，采用锚杆支护提高围岩的抗压能力和承载能力，而锚索则连接围岩与锚杆支护的承载层，增加了承受应力的岩体面积，使支护效果增加。
1.2 棚式支护技术
棚式支护属于被动式支护的一种，采用的材料有木质材料、石质材料和金属材料的支架支护，其中木质材料适用于浅部围岩，适用范围有限，且要求支护断面的形状与围岩曲线一致才适用；而石质材料则比木质材料的抗压性能好、安全系数高、变形量小，但是支护成本较高，适用于服役年限较长的煤矿巷道；采用金属材料作支架支护曾经广泛地应用在煤矿支护中，可分为刚性支架支护和可缩性支架支护两种，但是由于其成本较高，受地质环境影响较大，且岩石表层和金属支架之间不能较好的连接，目前应用较少。
1.3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。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。
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2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。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。
3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：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。
4煤矿掘进新技术新工艺的发展方向
随着煤矿掘进技术的发展，在未来的煤矿生产中，其新技术和新工艺的发展应当从三个方面入手：掘进设备、自动化技术及支护技术。a） 锚杆掘进机应当实现更高的自动化、智能化和灵活性的技术要求，能够满足不同掘进环境的应用，同时要实现连续性的生产作业，降低生产安全事故的发生，提高煤矿掘进效率。掘锚一体化机组的应用要实现对作业工作面的检测和控制，实现各个环节的生产一体化，协调掘进和支护的工作配合，强化对巷道的支护能力，提高综放面的回采效率；b） 自动化技术未来发展方向是统一整个掘进和采煤环节，实现运输自动化、安全保证自动化、信息传输自动化，通过对运输系统的数据监控来提升运输的连续性和稳定性，从而减少运输中煤炭损耗，提高运输效率，同时自动化系统要提高对故障信号的反馈灵敏度，在掘进中进行实时的数据监控，将环境因素和机械因素统一起来，监控工作震动面、粉尘含量及瓦斯含量等，保证生产的安全性。自动化系统应当强化信号控制中心对终端系统的响应能力，将工程信号快速准确下达到终端设备中，在煤层掘进现场采用信号交换机，提高信号传输的安全性和准确性；c）支护技术的发展方向应当侧重于新材料的开发应用，开发新型的加固材料，提高材料的堵水性能，同时加固材料应当具备较快的反应速度，能够短时间内产生化学反应，快速渗透到岩层缝隙中，实现岩层加固和密封效果，提高支护结构的抗压承载能力。
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。
参考文献：
[1]孙国慧.煤矿井下巷道掘进顶板支护技术[J].机械管理开发，2017，32（12）：135-136.
论文作者:赵浩东
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/13
标签：作业论文; 工艺论文; 巷道论文; 顶板论文; 煤矿论文; 锚杆论文; 快速论文; 《防护工程》2018年第31期论文;