申方明
河南能源化工集团焦煤公司赵固一矿 河南省辉县市453634
摘要：进入二十一世纪以来，集团化、规模化的煤矿企业如雨后春笋般涌现出来，在业内称为“黄金十年”的煤矿企业高速发展期，提起私人“煤老板”社会大众往往都会通过耳濡目染的信息或新闻等将这些人与奢侈、土豪等字眼联系起来，足见煤矿企业本世纪初发展态势之好。而在煤矿企业经营管理飞速发展的时期，行业相关科技也在不断发展，为大纵深、大作业面、大机械化的煤炭采掘新格局做出了巨大贡献，也成就了当代煤炭企业高效生产的局面。
关键词：煤矿；高速掘进；支护排距；掘进效率；
前言
煤炭作为我国工业化发展的能源保障,在国民经济发展中占据着核心地位,煤炭在开采过程中需要进行大量的支护和掘进作业,特别是随着综采作业深度的不断增加,井下地质条件愈加复杂,巷道围岩不稳定性加剧,目前均是通过加大顶锚杆的支护密度来增加巷道支护稳定性,但支护密度的增加不仅导致支护效率降低,而且还会导致支护成本的上升。在传统的掘进机掘进作业过程中首先是是进行巷道切割,然后再逐次进行扩孔作业,巷道成型效率低,质量差,在掘进作业过程中多数工作采用了串行作业方式,一定程度上也影响了井下巷道掘进作业效率。本文利用FLAC3D模拟分析软件对巷道顶板支护方案进行了模拟分析,确定了最佳的顶板锚杆排距,降低了井下支护作业工作量,将支护时间降低了17%。
一、我国煤矿企业巷道掘进技术和装备的发展现状
1.从当前我国当代经济的发展现状来看，为了满足人们生活以及国家发展的需求，浅层的煤矿资源已经开采殆尽，需要我们对深层煤矿资源进行探测与开采。过去，煤矿企业在煤矿资源开采过程中一般都会采用综采技术等方式，但是在现代化社会发展中，这种方法已经不能够满足企业开采的需求，并且不利于生产的安全性。因此，煤矿企业必须要采取安全高效的巷道掘进技术与方法来确保煤矿资源开采的安全性。
2.从相关部门统计数据可以看出，目前我国每年所生产的掘进机数量已经在千余台之多，所拥有的新型设备机型达到了近三十种，并且这些采矿设备的机型组合，已经能够完全满足我国煤矿生产体系所涉及到的多方面需求。同时，为了能够进一步满足部分矿区的开采需求，以我国一些科研院所为例，国内采矿机械研究人员已经成功开发出了一种在国际上也具有极大优势的EBJ-120TP型号巷道掘进机，该掘进机所表现出的各方面性能，实际上已经能够完全取代以往传统的相关技术。截至目前，该机械设备已经有千余台投入到实际的生产工作中。这类现代化的新型煤矿想到掘进设备，所表现出的结构极为紧凑；其紧凑的机身极大的降低了整个机械设备中心，使其在运行的过程中所表现出的稳定性大幅度提高；同时，该机型所具备的破岩能力也极强，能够直接使用到各种不同形式的巷道之中；采取液压形式来运动的马达，促使整个设备所表现出的驱动性能大幅度提高，进而使得机身结构得以优化；新型设备履带结构表现出的性能极为优异；设备自身还具备了自动故障诊断系统。新型掘进设备的使用，使得煤矿开采效率大幅度提高，极大提升了煤矿巷道掘进效率。
3.煤炭的开采工作实际上就是针对土壤进行掘进，在掘进技术本身不断发展的情况下，大量的掘进设备就运用到了掘进工作中。掘进机是一种极为常用的掘进设备，虽然说其所表现出的造价较为昂贵，但是所产生的掘进效果是其他生产措施所不能够媲美的。就现阶段来说，我国科技水平相对于西方国家之间还存在着一定的差距，所使用的也是相对传统的悬臂式掘进机。这种类型的设备在实际使用的过程中，并不能一次性对于断面岩石进行破碎处理，因此掘进机的掘进速度对于掘进效率造成了极大的影响，给整个开采工作带来了不便。在世界范围之内，先进掘进机所使用的技术所表现出的掘进性能更强，其主要是通过连续采煤机、悬臂采煤机的优势综合之后，所形成的更加集成化的开采设备。
二、具体措施
1.顶板锚杆排距优化
（1）在煤矿井下巷道掘进作业过程中,巷道顶板支护时锚杆的支护排距对确保巷道围岩安全和掘进效率具有十分重要的意义,过密的锚杆排距虽然有利于提升围岩稳定性,但也会显著的增加支护成本、降低支护效率,因此要提升井下掘进效率,首先要对支护体系进行优化,在确保支护安全的情况下,降低支护成本,提高支护效率。FLAC3D模拟分析软件,是一种三维受力模拟分析软件,能够进行土质、岩石和其它材料的三维结构受力特性模拟和塑性流动分析。以煤矿井下典型掘进巷道结构为基础,其巷道断面呈矩形,宽约6200mm,高约7900mm,巷道顶板为砂质泥岩层,遇水容易膨胀,容易发生顶板垮塌事故,整体围岩结构稳定性差,支护时顶板锚杆的排距为800mm,间距极为密集,支护效率较低。利用FLAC3D模拟分析软件对顶板排距为800mm、1000mm、1200mm情况下的支护稳定性进行分析,进而确定最佳支排距,不同锚距情况下的受力情况。（2）当锚间距为800mm的情况下,当出现矿压波动时,支护系统的最大应力为38.63MPa,当锚间距为1000mm的情况下,当出现矿压波动时,支护系统的最大应力为53.90MPa,当锚间距为1200mm的情况下,当出现矿压波动时,支护系统的最大应力为62.35MPa,由此可知,随着锚间距的增大,支护系统在矿压波动下的受力越来越大,不稳定性越来越高,当锚杆间距超过1000mm时,矿压波动下的应力变化较小。随着锚间距的增加顶板下沉量和两帮移近量均逐渐增大,当超过1000mm后变形量迅速增加。由此分析可知,当锚间距设置为1000mm时就有最佳的综合支护效果。根据在煤矿井下的实际应用可知,优化锚间距后,相同支护条件下的支护时间降低了17%,显著提升了煤矿井下的支护效率和安全性。
2.掘进机进刀方式及作业流程优化
传统掘进机在截割作业过程中,掘进机一般先对巷道截割出一个大概的轮廓,然后再根据井下的实际情况不断的修正,直到满足巷道轮廓质量要求,在操作过程中存在着较大的随机性,而且反复的修型也严重影响了巷道掘进效率,因此根据掘进机的截割特性,提出了一种新的“S”型截割路径，掘进机截割时先从巷道的下侧开始截割作业,然后逐次向上,最后进行扩帮,实现巷道掘进的一次成型,新的掘进机一次成型截割路径。
在传统掘进方案中,井下巷道的支护及掘进作业为串行作业方式,巷道完全支护完成后才进行掘进作业,掘进支护分离作业,导致掘进机开机率低,对井下掘进作业速度影响较大,因此本文提出了井下平行作业模式,在确保掘进安全的情况下提升掘进效率。通过对掘进支护作业流程分析,最终提出了采用滞后迎头一段距离后弱化支护技术。在支护过程中,首先稳定性最差的顶板和顶角处设置锚杆,然后将顶板锚杆在离巷道迎头约30m处进行滞后安装,该安装是在掘进机后面完成的,不影响掘进机的正常掘进作业,实现了掘进支护的同时进行,提升了掘进机的开机率,同时实现了将安装锚杆、延长电缆、维护掘进机等的同时平行作业。根据实际应用表明采用巷道截割方式优化及平行作业后,将井下掘进效率提升27.5%以上,显著提升了井下巷道的掘进效率和质量。
结束语
综上所述，当锚间距设置为1000mm时就有最佳的综合支护效果。根据在煤矿井下的实际应用可知,优化锚间距后,相同支护条件下的支护时间降低了17%,显著提升了煤矿井下的支护效率和安全性。新的“S”型截割路径情况下,掘进机截割时先从巷道的下侧开始截割作业,然后逐次向上,最后进行扩帮,实现了巷道掘进的一次成型,能够显著提升巷道成型质量和效率;采用巷道截割方式优化及平行作业后,能够将井下掘进效率提升27.5%以上,显著提升了井下巷道的掘进效率和质量。
参考文献：
[1]马长乐,袁龙飞,张羽,等.大断面煤巷快速掘进施工工艺[J].煤矿安全,2013,44(5)
[2]王鹏翔,冯洪涛.综合机械化快速掘进技术在云盖山煤田岩巷掘进中的应用[J].煤炭技术,2018(6)