李廖强
重庆能投渝新能源有限公司石壕煤矿 重庆 401449
摘要：我国是属于煤炭产量较多的国家，而且煤炭的消耗量也较大，为此一直都比较重视煤矿机械化发展。南方煤与瓦斯突出矿井的主要大巷及瓦斯抽放巷均布置在煤层底板的坚硬岩层中，为提高岩巷的掘进机械化水平和岩巷的掘进效率，南方煤矿一直比较重视岩巷掘进机械化发展。一直以来煤矿岩巷都倾向于采用气腿式凿岩机以及耙斗式装岩机的施工方式，经过改良和发展逐渐形成了比较先进的扭转煤矿岩巷掘进速度的技术方案，实现了提高我国煤矿岩巷掘进速度的目标，在煤矿生产和建设中取得不错的成绩，产生了良好的社会经济效益。
关键词：盾构机作业线；岩巷；掘进；锚杆支护
1导言
在煤矿作业中，岩石巷道的掘进难度是非常大的，不仅技术要求高，而且要消耗大量的时间。为提高岩石巷道掘进工作效率，采用机械化作业可以使掘进的各道工序高质量完成。通常煤矿所在地质条件非常复杂，当进行岩巷掘进的时候，会受到各种因素的制约而使得施工受到影响，比如，在茅口组石灰岩中掘进时，就必然会受到岩溶瓦斯和岩溶裂隙水的影响。为了提高掘进工作效率和质量，以更好地完成煤炭开采工作，采用机械化技术是非常重要的。
2掘进机械化的重要价值
煤矿开采方式较为复杂，且开采量大、安全系数要求较高。基于此，采用机械化方式提升煤矿岩石巷道掘进效率，势必需结合现代化的机械设备，合理配合支护、破岩、装运工作。同时，国内煤炭开采力度虽有所提升，但机械化水平相对较低，严重制约我国煤炭开采能力，甚至在开采过程中发生安全问题。以此，提升掘进机械化水平，有效提升煤矿岩巷掘进速率，促进煤炭产量有所提升，促进我国煤矿企业高效发展。
3影响煤矿岩石巷道掘进的因素
3.1煤层特性
重庆能投渝新能源有限公司石壕煤矿所开采的煤层厚度介于0.5～3.5m之间，在煤矿的局部地区还存在伪顶煤层，主要的成分是炭质泥岩，厚度介于0.15～0.45m之间。直接顶的主要成分是泥岩，也包括少数的块状砂质泥岩，平均厚度为3.2m左右，以上条件不利于在煤层中布置主要巷道。另外石壕煤矿属煤与瓦斯突出矿井，在对煤炭开采和在煤层中掘进巷道前，均需在煤层底板的茅口组石灰岩中掘进主要大巷和瓦斯抽放巷，并且岩巷的工程量占煤矿总掘进工程量的55%左右，因此在煤矿的岩巷掘进作业中选择机械化设备不仅可以提高掘进的质量，而且还可以加快掘进进度。
3.2掘进设备
煤矿岩石巷道掘进中，对机械设备的要求是很高的，如果机械设备难以达到岩石巷道掘进的技术要求，就会降低工作效率。采用合适的机械化掘进设备是实现煤矿岩石巷道快速掘进的关键。地质环境不同，对机械设备的性能也会有不同的要求。由于石壕煤矿的岩巷的围岩条件比较复杂，就需要所采用的掘进机械设备机械化、自动化程度高，性能稳定，以加快掘进工作面的掘进速度。机械设备的操作人员熟悉设备的各项性能，了解设备运行的工作原理、根据围岩变化条件正确选择，使机械设备的运转效率有所提高。
4我国煤矿岩巷掘进机械化作业方式
我国煤炭行业对岩巷掘进工程从来都较为重视，早在1963年便对该项技术总结了相关经验报告。在后来的发展中，先后对该报告进行了修改，其中着重关注一次成巷、锚喷支护等技术，为日后发展气腿式凿岩机及耙斗装岩机、全液压钻车作业等机械设备奠定了扎实的基础。
4.1全液压钻车作业方式
该种作业方式首先利用全液压掘进钻车进行钻孔工作，再进行爆破工作，随后以挖斗式装岩机开展装岩工作，再利用矿车将岩石运输于矿井外，最后开展支护工作。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该种施工工艺的优点较多，主要表现在以下几个方面：第一，极易掌握炮孔的深度与角度，因此于爆破工作而言，能够保证光面爆破，以此将有效减少支护材料的使用以及出矸所产生的运费；第二，实现安全生产，由于工作人员远离掘进工作面进行操作，且工作环境在已经支护的巷道内，故而有效提升作业人员的安全性，同时降低粉尘等有害因素对作业人员的影响；第三，全液压式施工工艺的效率较高，因此有效提升钻孔速度，缩短施工周期，提升工程进度。但该作业方式容易受到矿车供应不足而引起排矸不畅造成掘进工作面矸石积压而影响连续掘进施工。
4.2综合掘进作业线方式
该种施工工艺利用悬臂式综合机械化掘进机展开作业，再利用皮带运输机等输送设备将矸渣运送出去，最后进行支护工作。由于前期工作无爆破震动，因此周围岩石不会遭受破坏，且能够实现连续出矸目的。虽然该工艺操作流程相对简便，但是仍旧存在很多不足之处，目前成功将悬臂式综合机械化掘进机运用于坚硬岩石巷道掘进，并收到良好效果的例子几乎没有。不足之处：掘进机截割能力受岩石硬度制约大，岩石硬度将直接决定掘进速度，因此对岩石硬度的要求苛刻。其次，在截割时会受到力的反作用，因此设备本身必须具备较大的体积与重量，于小断面岩石掘进巷道而言，较为不利，不适用于煤矿岩巷掘进。
5煤矿岩巷掘进机械化发展的方向
5.1利用盾构机掘进作业线
我国未来的煤矿岩巷掘进机械化发展应当利用盾构机作业线。盾构技术目前在我国水利、军事、铁路、公路等多个工程领域已经得到了广泛的应用，施工工艺已经非常成熟。盾构机作业线与悬臂式综合机械化掘进机作业线相比区别在于盾构机取代掘进机施工，掘进机截割能力受岩石硬度制约大，而盾构机是利用全断面刀盘进行截割，配备相应的刀具即可对相应硬度的岩石进行截割，不再受岩石硬度大而无法截割的制约。盾构机作业线产生的矸渣同样利用皮带运输机进行连续化运输，杜绝了矿车供应不足而影响排矸的制约。盾构机施工的巷道成形很好同时无爆破震动，周围岩石不会遭受破坏，坚硬岩层中施工的巷道基本上不用再进行支护（破碎带除外）。盾构机掘进效率相比放炮掘进效率大幅度提升，与石壕煤矿毗邻的重庆能投渝新能源有限公司打通一煤矿已经成功应用了直径2.8m的小型化盾构机，最高岩巷月进度达到420m，人均掘进效率达1.4m/人·班，相比目前最常用的岩巷放炮掘进方式施工同样的岩巷月进度提高320m，人均掘进效率提高7倍。同时经过统计，使用盾构机掘进相比放炮等普通掘进方式巷道的施工综合成本下降500多元/米。
5.2优化盾构机作业线后续连续化运输设备
盾构机作业线施工体现了较大的优势，但现有后续连续化排矸运输设备还需要优化，矸渣运输和利用前还必须进行二次处理。盾构机掘进施工时，产生的矸渣呈粉砂状，同时与防尘水混合后产生泥浆状的矸渣，后续普通皮带运输机运输十分困难，同时泥浆状的矸渣无法直接利用。解决上述问题可选用大倾角波形挡边输送带，泥浆状矸渣采用沉淀池沉淀后排除多余水分，再将矸渣用于硬化巷道底板等。
5.3优化改进盾构机超前探孔施工机械设备
井工煤矿大多地质条件复杂，特别是南方的煤与瓦斯突出矿井。石壕煤矿的主要大巷及瓦斯抽放巷均布置在煤层底板的坚硬茅口组岩层中，茅口组石灰岩富含岩溶裂隙，裂隙中常积聚有瓦斯和岩溶裂隙水，给巷道掘进施工带来巨大的安全威胁。在盾构机机身上部，机身中部左右两边和机身下部的四个方向均需优化改进安置钻机，采用钻机施工超前探孔以保证盾构机快速掘进期间的人员安全。
6结束语
总之，煤矿岩石巷道掘进技术应结合时代之发展，将众多精细化施工工序与之结合，并采用众多先进机械设备与基本掘进设备相结合，有效发挥其施工效能。并在安全的前提下坚持多工序平行作业等原则，以此才能有效改进岩石巷道掘进施工水平，提升施工工艺效率。
参考文献:
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[4]张星.试论新时期煤矿岩巷掘进机械化的发展方向[J].内燃机与配件,2018(09):252.
论文作者:李廖强
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/25
标签：煤矿论文; 盾构论文; 作业论文; 巷道论文; 岩石论文; 煤层论文; 瓦斯论文; 《防护工程》2018年第32期论文;