煤礦掘進(jìn)效率主要制約因素及對(duì)策淺析

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摘 要：目前，掘進(jìn)機(jī)屬于較為先進(jìn)的設(shè)備，集機(jī)、電、液于一體，屬于煤礦井下掘進(jìn)作業(yè)的核心設(shè)備，掘進(jìn)作業(yè)能否達(dá)到預(yù)先設(shè)定的要求，主要取決于掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)穩(wěn)定性和安全性能，煤礦采掘關(guān)系直接影響到礦井安全均衡穩(wěn)定生產(chǎn)。近年來，由于煤礦綜采工作面普遍采用大功率、高自動(dòng)化程度采煤裝備，工作面單產(chǎn)不斷提高、推進(jìn)速度不斷加快，這對(duì)煤礦掘進(jìn)效率提出了更高的要求。提升掘進(jìn)效率、實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)成為煤礦可持續(xù)健康發(fā)展和安全高效集約化生產(chǎn)的重要保障。

關(guān)鍵詞：煤礦;掘進(jìn)效率;制約因素;對(duì)策

引言

煤炭是中國(guó)的支柱能源，且在未來相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，煤炭作為主體能源的地位不會(huì)改變。2020年，煤炭在中國(guó)一次能源消費(fèi)中占比高達(dá)56.58%。中國(guó)煤炭資源賦存條件復(fù)雜，大多采用地下開采，井下巷道掘進(jìn)工作量巨大。當(dāng)前，中國(guó)綜采工作面技術(shù)較為成熟，回采速度已有大幅提升，而巷道掘進(jìn)速度受工作空間和地質(zhì)環(huán)境的影響，仍存在進(jìn)尺慢、效率低的問題，嚴(yán)重制約了礦井的開采效率。為了滿足新形勢(shì)下智能化礦井建設(shè)的要求，有必要對(duì)煤礦巷道智能化掘進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

1綜掘機(jī)掘進(jìn)操作的特點(diǎn)

在煤礦井下掘進(jìn)過程中，經(jīng)常遇到巷道頂板變形、凸起或者塌陷等安全事故。這些事故會(huì)導(dǎo)致煤礦井下地質(zhì)構(gòu)造特征發(fā)生變化，比如出現(xiàn)裂縫、地面下沉等，使得煤礦井下施工過程中容易發(fā)生水害等問題。綜掘機(jī)是煤礦企業(yè)從國(guó)外引入的一種先進(jìn)的礦井掘進(jìn)設(shè)備，它是通過與自身所配備的錨桿機(jī)相互協(xié)調(diào)配合完成工作。這種錨桿機(jī)自帶動(dòng)力，可以在煤礦井下掘進(jìn)過程中交叉進(jìn)行掘進(jìn)與支護(hù)，并且這種掘進(jìn)機(jī)可以在雙巷甚至是多巷中使用，在井下施工時(shí)，可以在不同的巷道中交叉循環(huán)地進(jìn)行掘進(jìn)、支護(hù)施工操作。此外，使用掘錨機(jī)掘進(jìn)時(shí)，可以與大斷面煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)配合。這種操作既可以實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)和支護(hù)同時(shí)進(jìn)行，又可以促進(jìn)井下通風(fēng)工作順利進(jìn)行。在傳統(tǒng)掘進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用掘進(jìn)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)井下快速掘進(jìn)，是一種快速掘進(jìn)技術(shù)。在煤礦井下掘進(jìn)過程中，綜掘機(jī)是以設(shè)備的截割頭為依靠，依次通過切槽、采垛這兩個(gè)工作流程進(jìn)行采掘形成煤礦巷道。另外，綜掘機(jī)配備有2個(gè)重要的機(jī)電設(shè)備（收集頭機(jī)構(gòu)和刮板輸送機(jī)），當(dāng)開始截割時(shí)，煤（矸）就會(huì)落在收集頭鏟板的表面，且收集頭鏟板持續(xù)、不中斷地運(yùn)行，就可以將截割的煤輸送到刮板輸送機(jī)。接著，刮板輸送機(jī)可以將煤運(yùn)輸?shù)剿筌嚨能嚩分?，由梭車運(yùn)輸?shù)浇o料破碎機(jī)。梭車一直往返于綜掘機(jī)與破碎機(jī)之間，將采得的煤破碎后再通過膠帶運(yùn)輸離開掘進(jìn)工作面，實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)。

2影響綜掘機(jī)掘進(jìn)的因素分析

隨著綜掘機(jī)的掘進(jìn)，不良的地質(zhì)構(gòu)造特征會(huì)導(dǎo)致煤礦巖石構(gòu)造破損，巷道頂板的強(qiáng)度不足，難以承受礦井綜掘機(jī)掘進(jìn)生產(chǎn)的強(qiáng)度，容易出現(xiàn)頂板冒落的情況。為了避免礦井掘進(jìn)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)工作面頂板冒落的情況，綜掘機(jī)掘進(jìn)過程中的空頂距就會(huì)縮短，增加了綜掘機(jī)倒機(jī)操作的次數(shù)和時(shí)間，進(jìn)而導(dǎo)致綜掘機(jī)掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)度變慢，降低了掘進(jìn)工作速率及效率。煤礦褶皺結(jié)構(gòu)、斷層等地質(zhì)構(gòu)造特征會(huì)導(dǎo)致一些容易充水的通道形成，進(jìn)而引發(fā)水患、水害等安全事故。而對(duì)于褶皺構(gòu)造來說，其會(huì)導(dǎo)致煤層上附著高濃度瓦斯甚至發(fā)生溢出現(xiàn)象，也會(huì)導(dǎo)致煤礦井下瓦斯分布不平衡、不均勻。而對(duì)于斷層結(jié)構(gòu)來說，它會(huì)引發(fā)構(gòu)造應(yīng)力，使得瓦斯難以自由擴(kuò)散，在空間狹小的煤礦井中，瓦斯流通困難，在斷層末端積累，引發(fā)瓦斯中毒等安全事故。受地質(zhì)構(gòu)造特征的影響，綜掘機(jī)在掘進(jìn)過程中容易發(fā)生瓦斯爆炸、水害等事故，不僅會(huì)影響綜掘機(jī)的掘進(jìn)速度，還會(huì)影響施工作業(yè)的安全性，不利于礦井安全掘進(jìn)生產(chǎn)。

3提升綜掘機(jī)掘進(jìn)效率及質(zhì)量的措施

3.1選擇合適的掘進(jìn)設(shè)備

掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)工程中發(fā)揮著重要作用。在挖掘過程中，工作人員需要根據(jù)煤礦的實(shí)際情況選擇掘進(jìn)設(shè)備，如巷道長(zhǎng)度及煤層的內(nèi)部構(gòu)造等特點(diǎn)。通常情況下，若實(shí)際巷道的長(zhǎng)度小于300m，只需要普通型的掘進(jìn)設(shè)備即可;反之，則需要綜合性較強(qiáng)的掘進(jìn)設(shè)備。作業(yè)人員需要調(diào)查掘進(jìn)設(shè)備的信息，了解煤礦開采的實(shí)際情況，減少開挖時(shí)間，使得挖掘設(shè)備能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。型號(hào)合適的設(shè)備能夠在挖掘過程中充分其價(jià)值與作用，確保工程順利進(jìn)行。

3.2運(yùn)用臨時(shí)支護(hù)技術(shù)，選擇掘進(jìn)機(jī)的類型

在選擇掘進(jìn)機(jī)的類型時(shí)，需要將巷道長(zhǎng)度作為主要判斷準(zhǔn)則，根據(jù)實(shí)際施工情況選擇掘進(jìn)機(jī)的類型，充分發(fā)揮出普通掘進(jìn)機(jī)與綜合掘進(jìn)機(jī)的優(yōu)勢(shì)與價(jià)值，順利開展工程任務(wù)，提高施工過程的效率與質(zhì)量。綜合掘進(jìn)機(jī)能夠運(yùn)用其自身的液壓系統(tǒng)完成工作任務(wù)。在完成設(shè)備開關(guān)機(jī)的操作時(shí)，可以運(yùn)用系統(tǒng)閉鎖裝置，提高掘進(jìn)過程的安全性與穩(wěn)定性，提高掘進(jìn)效率與質(zhì)量。作業(yè)人員通過綜合掘進(jìn)機(jī)的液壓鎖應(yīng)用各種臨時(shí)支護(hù)技術(shù)，有效降低了煤礦工作過程中的風(fēng)險(xiǎn)與隱患，為順利完成工作任務(wù)提供了強(qiáng)有力的保障。

3.3應(yīng)用分次支護(hù)技術(shù)

煤礦井下巷道掘進(jìn)是一個(gè)包含多道工序的系統(tǒng)工程，但究其本質(zhì)而言主要涉及掘進(jìn)和支護(hù)兩大工序。兩者互相影響，共同決定著煤礦生產(chǎn)效率。當(dāng)前，隨著掘進(jìn)和支護(hù)作業(yè)機(jī)械化程度的不斷提高，掘進(jìn)和支護(hù)效率也得到極大提升。但掘進(jìn)作業(yè)與錨桿（索）支護(hù)作業(yè)仍處于交替施工狀態(tài)，為提升巷道掘進(jìn)速度，工程技術(shù)人員用以下2種方法來縮減錨桿（索）支護(hù)作業(yè)耗時(shí)：1）提高鉆孔效率。采用優(yōu)化機(jī)械設(shè)備、優(yōu)化鉆孔布置等方法，提高鉆孔效率，縮短打孔和錨桿的安裝時(shí)間。該方法對(duì)施工隊(duì)伍的設(shè)備機(jī)械化水平和人員技術(shù)水平要求較高，且在一些地質(zhì)條件較為復(fù)雜的工程中并不適用。2）優(yōu)化掘進(jìn)工藝。同時(shí)展開多個(gè)作業(yè)面，采用雙巷掘進(jìn)或多巷掘進(jìn)，提高巷道掘進(jìn)速度，該方法也對(duì)地質(zhì)條件要求較高，且不能實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)和支護(hù)的平行作業(yè)，只能在我國(guó)部分礦區(qū)采用，難以全面推廣。為解決采掘和支護(hù)不能平行作業(yè)的問題。分次支護(hù)的基本思想是，將傳統(tǒng)的一次成巷支護(hù)（ad段）分為多個(gè)支護(hù)階段（ab段和bc段）。當(dāng)巷道開挖后，在開挖斷面附近圍巖應(yīng)力釋放尚不充分，此時(shí)，可用少量錨桿（索）進(jìn)行先期支護(hù)，在一定程度上限制巷道變形的發(fā)展，保證圍巖的穩(wěn)定性。隨著開挖面的推進(jìn)，圍巖應(yīng)力和變形進(jìn)一步釋放，再對(duì)巷道進(jìn)行二次支護(hù)，控制圍巖變形的發(fā)展，二次支護(hù)并不影響前方的掘進(jìn)工作。

結(jié)語

煤礦采掘接續(xù)緊張是煤礦安全生產(chǎn)的大敵，已經(jīng)被國(guó)家有關(guān)部門列為重大安全生產(chǎn)隱患。由于部分煤礦掘進(jìn)設(shè)備落后，掘進(jìn)單進(jìn)水平較低，并且存在重采輕掘現(xiàn)象，掘進(jìn)進(jìn)尺欠賬較多，導(dǎo)致采掘接續(xù)比較緊張，已經(jīng)在一定程度上制約了煤礦的均衡穩(wěn)定生產(chǎn)。本文分析了煤礦掘進(jìn)效率的主要制約因素，并針對(duì)性地提出了提升煤礦掘進(jìn)效率的主要措施，為提升煤礦掘進(jìn)效率提供了有效的參考路徑。

參考文獻(xiàn)

[1]康紅普.我國(guó)煤礦巷道圍巖控制技術(shù)發(fā)展70年及展望[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2021，40（1）：1-30.

[2]王國(guó)法，龐義輝，任懷偉，等.煤炭安全高效綜采理論、技術(shù)與裝備的創(chuàng)新和實(shí)踐[J].煤炭學(xué)報(bào)，2018，43（4）：903-913.