煤礦井下巷道快速掘進技術(shù)的研究

（山西蒲縣華勝煤業(yè)有限公司 山西 041206）

隨著我國對工業(yè)的發(fā)展，人們的采礦量增加，伴隨而來的是井下巷道掘進工程量的提升，因此對井下巷道掘進工作開展效率要求也有所提高。但是我國巷道掘進工作技術(shù)中還存在一定的局限性，對巷道掘進效率和質(zhì)量不利。下面就對煤礦生產(chǎn)中巖巷掘進問題進行探討。

1.快速掘進技術(shù)介紹

煤礦井下巷道快速掘進技術(shù)在煤礦開采工作中占有重要地位，是一項非常重要的技術(shù)。目前我國煤礦井下巷道快速掘進技術(shù)的主要工藝流程主要包括五個內(nèi)容，其中采煤機姿態(tài)調(diào)整和巷道斷面截割是其中比較關(guān)鍵的項目。因為這兩項工作開展的好壞會對掘進作業(yè)速度和質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。所以，必須深入研究以掘進機姿態(tài)監(jiān)測、糾偏及巷道斷面自動成型這兩個方面的技術(shù)應(yīng)用[1]。與此同時，掘進機作為掘進工作開展的主力，其事故發(fā)生率也會對掘進效率產(chǎn)生影響，因此還應(yīng)該重視掘進機故障自動監(jiān)測技術(shù)研究，通過深入研究來發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，或創(chuàng)造出更佳的掘進技術(shù)。

(1)采煤機位姿糾偏技術(shù)

掘進機的掘進位姿檢測與糾偏技術(shù)的作用原理可以簡單概述為：通過使用大量傳感器設(shè)備來實現(xiàn)對掘進機的狀況的實時監(jiān)測，并使用組合定位算法和慣性導航位姿解算方法來對檢測的數(shù)據(jù)進行計算，以便根據(jù)計算結(jié)果確認掘進機的實時工作狀態(tài)。但是實際工作中，糾偏方案的制定需要根據(jù)實際情況來進行確定。因為煤礦井下巷道的地質(zhì)環(huán)境具有復雜性，因此在巷道開展掘進作業(yè)時會受到很多因素的影響，使得其位姿呈現(xiàn)出不斷變化的現(xiàn)象，不能滿足巷道掘進的一致性要求[2]。雖然目前已經(jīng)在掘進中使用了用機器視覺定位、超聲波定位、激光定位等多種技術(shù)，但是這些技術(shù)單個應(yīng)用的過程中很容易受到各種因素干擾，與實際工作開展的快速與精確等要求不符。所以研究開發(fā)出了多種技術(shù)組織應(yīng)用的方法和糾偏方案，這種系統(tǒng)中不僅包括了之前單一的技術(shù)，還將捷聯(lián)慣性導航定位技術(shù)應(yīng)用其中，在系統(tǒng)中設(shè)置了四個移動式捷聯(lián)慣導定位基站和四個固定式捷聯(lián)慣導定位基站，實現(xiàn)了整體定位糾偏。在實際應(yīng)用中，可以通過對掘進機的運動相對變化量來得到掘進機工作中的位姿變化，然后與激光測距設(shè)備來聯(lián)合使用，確定掘進機模塊坐標值，進而實現(xiàn)對掘進機位姿的確定。

(2)巷道自動截割成型技術(shù)

煤礦井下巷道結(jié)構(gòu)截割軌跡不同，形成的巷道成型結(jié)果也不同。目前最常用的軌跡路徑是“S”形。具體掘進作業(yè)時，截割系統(tǒng)會第一時間讀取掘進機的絕對位姿，然后依據(jù)捷聯(lián)慣導原理計算出掘進機截割機構(gòu)與巷道的相對位置坐標，再設(shè)定截割切入點，并按照之前設(shè)置好的截割路徑開展自動成型作業(yè)。斷面自動成型應(yīng)用主要涉及到三種技術(shù)，這三種技術(shù)主要包括：分析斷面成型誤差、自適應(yīng)截割控制及截割軌跡跟蹤[3]。通過三者的綜合應(yīng)用，最終實現(xiàn)斷面自動成型截割。掘進技術(shù)應(yīng)用過程中截割作業(yè)過程不僅包括截割作業(yè)本身，還包括掃底、刷幫等作業(yè)。

(3)掘進機的故障監(jiān)測技術(shù)

掘進機的故障監(jiān)測技術(shù)的具體應(yīng)用過程就是自適應(yīng)診斷的過程，診斷的內(nèi)容涵蓋范圍很廣。實際操作中需要依靠系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置的隔離傳感器來實現(xiàn)對截割轉(zhuǎn)速、截割電流及位姿狀態(tài)等各類運行狀態(tài)信息的監(jiān)控和對比，及時了解掘進機的即時運行狀態(tài)，然后按照運行狀況的不同來進行系統(tǒng)自動檢測及報警。如果參數(shù)超出既定設(shè)置范圍5秒后，就能進行故障報警和數(shù)據(jù)原因分析。

2.目前巷道快速掘進技術(shù)應(yīng)用中存在的問題

(1)機械化裝備水平低

我國的巷道作業(yè)主要分為兩類：一類是包括打眼、裝巖、轉(zhuǎn)載、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)在內(nèi)的高檔機械化作業(yè)線。這些環(huán)節(jié)的高檔之處，就在于這些環(huán)節(jié)基本實現(xiàn)了機械化配套，或者使用的工具和設(shè)備具有高效的特點；另一類則是包括采用機械化裝載、運輸，且打眼、噴漿等機械自動化水平較低的普同型機械化作業(yè)線，這些環(huán)節(jié)往往還使用人工作業(yè)，且具有勞動強度大、耗時長且效率低等特點。與此同時，我國井下巷道作業(yè)中很多單位都使用單軌絞車運輸，需要絞車摘掛鉤工來進行作業(yè)，提升了作業(yè)危險性。同時還存在矸石運輸困難的問題，整體運輸操作較為復雜，且效率低下，影響掘進效率。

(2)巷道支護技術(shù)不足

首先，巷道支護技術(shù)眾多，但是都具有其缺點，其中綜合應(yīng)用效果較好的錨噴支護在巷道掘進中被廣泛應(yīng)用。但是缺點也很明顯，其缺點包括打錨桿速度不快、巷道內(nèi)噴漿速度慢、整體支護效果不佳等。這些缺點會影響巷道掘進平行作業(yè)效率和掘進速度等。

(3)爆破技術(shù)較差

目前我國煤礦井下巷道快速掘進技術(shù)應(yīng)用中存在一個問題，就是爆破過程中自由面少、且爆破技術(shù)差。且我國巷道爆破管理中還存在很大的問題，常常出現(xiàn)少打眼、亂放炮的問題，加上作業(yè)時炮眼面臨的夾制力問題，可以直接引發(fā)炮眼利用率低、成型質(zhì)量差、圍巖松動破壞嚴重等不良后果。

3.煤礦井下巷道高效掘進的有效措施

(1)重視地質(zhì)預測工作

對于煤礦井下巷道而言，不管是什么材質(zhì)或類型的巷道，都具有地質(zhì)條件復雜的特點。一旦地質(zhì)預測預檢工作開展不到位，盲目地進行開采，就可能在掘進過程中出現(xiàn)斷層及構(gòu)造帶等問題，在影響施工進度的同時，影響施工安全。因此必須重視地質(zhì)預測工作的開展。在巷道掘進前利用三維物探、鉆探等先進科學方式對巷道的地質(zhì)條件進行探查，掌握巷道地質(zhì)條件，明確掘進過程中可能出現(xiàn)的問題，以便做到心中有數(shù)，提前有針對性地采取應(yīng)對措施、準備對應(yīng)的工具和設(shè)備，為巷道的連續(xù)施工、快速掘進奠定基礎(chǔ)。

(2)重視運輸系統(tǒng)建設(shè)，提升排矸速度

實際工作中，一旦出現(xiàn)礦車排矸運輸速度慢的問題，肯定會對巖巷掘進速度產(chǎn)生影響，甚至可能產(chǎn)生安全隱患。所以重視排矸運輸系統(tǒng)建設(shè)，提升排矸速度非常有必要。建設(shè)人員可以通過將礦車運輸改為皮帶機鏈板機系統(tǒng)運輸或者使用皮帶機系統(tǒng)和梭車集中運輸?shù)确绞絹硖嵘\輸效率。

(3)提升爆破效果

爆破效果會對巷道快速掘進效率和質(zhì)量產(chǎn)生應(yīng)用，因此必須重視爆破工作的開展，通過采用中深孔爆破、多循環(huán)作業(yè)等形式來改善爆破效果，進而提升高循環(huán)進尺和炮眼利用率。

首先，在巖巷掘進中使用風鉆鉆爆破眼技術(shù)。這種技術(shù)的應(yīng)用重點則是在每個掘進頭中設(shè)置5到6臺風鉆，且保持風鉆鉆眼深度在2m到2.2m之間。鉆研施工時必須保證相關(guān)責任制落實到位，且需要確定中腰線位置，并根據(jù)中腰線的位置來進行具體的鉆眼輪廓和鉆眼位置確定。同時在鉆眼工作開展后，必須把握鉆眼的位置的準確性及各眼位的平齊、垂直性，為確保爆破后作業(yè)面的垂直性和整齊性奠定基礎(chǔ)。同時按照巖石硬度的不同來調(diào)整爆破圖表，這個過程中還必須重視鉆眼裝藥量。然后進行施工方案、程序及效果的研究和確定，以保證巷道的成形效率和質(zhì)量。

其次，煤巷的掘進措施。煤巷掘進作業(yè)必須考慮作業(yè)的安全性，一般而言，將迎頭炮眼深度進行控制，并保持底部眼、掏槽眼、兩幫及中部炮眼的深度為2m，同時頂部炮眼的深度是0.7m。在放炮工作完成之后，把第一個棚架設(shè)在0.7m處。

最后，創(chuàng)新爆破工藝。進一步根據(jù)巷道特點來進行爆破技術(shù)研究，深入探索對應(yīng)條件下爆破工作開展的最佳參數(shù)組合，在保證爆破作業(yè)安全進行的前提下開展爆破技術(shù)創(chuàng)新工作。

(4)提升設(shè)備運轉(zhuǎn)率及使用壽命

掘進設(shè)備是掘進工作開展的基礎(chǔ)，因此設(shè)法提升設(shè)備運轉(zhuǎn)率，延長設(shè)備使用壽命顯得非常重要。實際工作中提升和延長措施一般包括兩個方面：首先，安排專門的人員做好對掘進設(shè)備的日常點檢和維護工作。使其運行期間始終處于良好的狀態(tài)，避免設(shè)備帶病作業(yè)的情況發(fā)生。在保證設(shè)備運轉(zhuǎn)率的同時延長設(shè)備的使用壽命；其次，制定設(shè)備維護管理制度，組織設(shè)備維護管理培訓，提升相關(guān)人員的服務(wù)意識、維護管理意識和責任心。

(5)加強巖巷綜掘粉塵治理

在巖巷掘進技術(shù)應(yīng)用中，粉塵治理又是一項重要內(nèi)容，一旦處理不到位就會出現(xiàn)粉塵濃度過高的問題。若被巷道內(nèi)作業(yè)人員吸入身體內(nèi)部，產(chǎn)生塵肺等職業(yè)病或中毒情況，會影響其身心健康。因此必須采取措施來對粉塵進行治理。首先，在工作空間內(nèi)安裝噴霧壓力≥5MPa的高壓防塵供水系統(tǒng)，同時要求噴霧系統(tǒng)噴霧過程要經(jīng)過一百二十目的過濾器過濾；其次，在水幕前方設(shè)置大于多于兩組正壓防塵面罩，同時保證經(jīng)過油水、活性炭、精細等三層設(shè)備系統(tǒng)過濾。作為巷道作業(yè)者，司機也需要佩戴防塵面罩等。無關(guān)人員嚴禁到降塵水幕之內(nèi)的范圍；最后，在巷道內(nèi)部的工作轉(zhuǎn)載點及卸載點設(shè)置擋塵罩或噴淋設(shè)施等設(shè)置防塵、隔爆設(shè)施。

4.結(jié)語

總而言之，煤礦井下巷道快速掘進技術(shù)是煤礦開采行業(yè)的一個重要技術(shù)，對于煤礦開采而言具有重要意義。因此相關(guān)企業(yè)和人員不僅要重視煤礦井下巷道快速掘進技術(shù)研究，及時發(fā)現(xiàn)技術(shù)中存在的問題，并采取措施進行預防。同時還要積極探索研究創(chuàng)新，研發(fā)新的技術(shù)類別，實現(xiàn)技術(shù)的創(chuàng)新，保證礦井生產(chǎn)的效率。