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浅谈煤矿掘进新技术新工艺

发表时间：2020/10/26 来源：《基层建设》2020年第19期作者：汝金祥

[导读] 摘要：煤炭资源的开采关系到我国国民经济的发展，随着煤炭需求量的上升，煤矿企业对煤矿掘进技术深入研究，并将自动化机械设备用于其中。

        宝钢集团新疆八一钢铁有限公司新疆维吾尔自治区 830022
        摘要：煤炭资源的开采关系到我国国民经济的发展，随着煤炭需求量的上升，煤矿企业对煤矿掘进技术深入研究，并将自动化机械设备用于其中。煤矿掘进技术的发展体现在自动化掘进技术的应用方面，实现了自动遥控功能，通过采集实时数据展开定位阶段，实现对掘进设备的掘进纠偏、掘进维护以及故障检修等，有效提高了煤矿掘进效率。文章以煤矿掘进技术作为研究对象，分别从煤巷综合机械化掘进、掘锚一体化技术、自动化掘进技术、支护技术等方面阐述煤矿掘进新技术与新工艺的实践应用，并探索未来技术的发展趋势。
        关键词：煤矿掘进；厚煤层；自动化技术
        1新时期煤矿开采的技术背景
        1.1安全生产
        企业的生产，最重要的就是安全，尤其是煤矿企业，它的安全直接关系到每位员工的生命。由于煤矿企业环境的特殊性，它的安全性更应该是被每位员工牢记于心。煤矿企业的安全采矿，除了我们的管理和安全保护措施要到位，采煤的掘进技术和工艺，也直接影响着整个采矿的安全。在煤矿掘进的过程中，很容易出现水灾、火灾，塌方等意外事故，甚至，还有可能出现瓦斯爆炸等重大事故。这些事故一旦发生，将给企业带来巨大的经济损失，员工的生命安全也会遭受到巨大的威胁。要保证在煤矿掘进中的安全，除了我们的管理和监管要到位，掘进的技术和工艺也非常关键。由于每个矿井的外界和内在的环境都不一样，需要根据矿井自身的特点，制定最合适的掘进技术和工艺，并且不断对其进行优化，从技术层面保障整个矿井的开采工作能够安全有序地进行。
        1.2资源的最大化利用
        煤矿深埋在地下，是大量的植物经过亿万年，经历生物化学作用和物理化学作用而转变成的，是一种非常珍贵的矿产资源，因此，需要充分利用其价值，为人类社会的经济发展做出贡献。由于煤在地底下，时间长远，所处的地质环境和本身的状况比较复杂，在开采过程中，需要根据当地的地质构造、煤层的深度、煤层的煤质状况、以及开采矿井的开采条件等制定相应的技术和工艺，对于一般的煤矿，我们的掘进技术已经具备了充足的经验，但是对于复杂的地质构造，由于受到设备的自动化以及其他多方面的影响，目前的掘进技术和工艺还有很大的提升空间。
        2 煤矿掘进新技术新工艺的应用现状分析
        2.1掘进自动化技术应用
        在煤矿掘进生产中，关键在于对掘进工作面进行系统化和自动化的数据分析，基于采集的数据进行生产指令修正，因此在工作面自动化设计时，要解决掘进和支护的平行施工，在掘进中对未来支护进行计算，根据支护要求进行煤层掘进，为巷道支护留下空间。同时煤层掘进要配合原煤的运输连续性，以保证生产的连续性，因此掘进自动化技术发展关键在于建立完善的自动化控制系统，协调掘进、支护和运输等工作的配合进行，提高整个系统的运行高效性。传统的煤矿掘进开采中自动化技术应用较少，煤层开采更多依赖于人力控制，而随着信息化技术、通信技术和计算机技术的发展，煤矿掘进技术也开始向着自动化的方向发展，相应的自动化控制系统开始应用于煤矿生产中。此外，自动化掘进工作面能够对周围的开采环境进行监控，保证煤矿生产的安全性，通过在煤矿掘进中的试验发现，自动化工作系统的应用能够极大提高工作效率，煤层掘进效率提高6m/d，同时减少了人工的使用，由原来的每天45名职工降低到25名职工，系统在运行过程中没有出现安全事故和环境污染，极大提高了生产的安全性和环保性。自动化技术包含了实时监测系统、中心控制系统、掘进面控制系统、设备检测系统、故障分析和应急系统、环境监控系统、自动化运行系统、支护系统及工作面安全系统等，实现了掘进生产的连续化和自动化生产。

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        2.2支护技术应用
        支护技术支护技术需要与煤矿掘进技术相互配合，特别是针对厚煤层的掘进与开采，这是未来煤矿掘进新技术与新工艺创新的关键。可以在大倾角与高地压巷道中使用预拉力支护技术，将强度较大的支护锚杆与W型钢材用于支护中，使其拥有340MPa左右的承载压力，提升支护设备对压力的承载能力。当前煤矿掘进中使用到的支护技术主要分为以下几种：①巷道棚式支护技术。该技术以木质结构、混凝土结构、金属材料为支架，但巷道棚式支护方式无法对复杂巷道起到良好的支护效果，在岩层表层与支架连接时耗费大量成本。②巷道砌碴支护技术。该技术以混凝土为支护材料，可以在坚固的煤层巷道内应用。③U型钢材支护技术。该技术适用于深井巷道支护，如果岩层存在破碎或者破落情况，可以将U型钢材支护技术与锚喷技术同时应用，强化对煤矿巷道和工作面的支护效果。④锚杆支护技术。以锚杆结构强化支护强度，提升对岩层形变的控制力。结合煤层实际情况合理选择锚杆结果，发挥锚杆的最大承载力，防止煤层巷道岩层发生形变问题。⑤联合支护技术。多种支护技术综合使用，将锚杆与锚索相结合，提高支护效果，使锚杆结构起到良好的承载作用，锚索通过将围岩和锚杆连接来提升承载应力。该技术可以用于复杂煤层巷道。
        2.3注浆锚索应用
        主要包括以下几点：a）打锚索孔：采用风动手持式帮钻配小直径麻花钻杆、Φ32mm钻头打眼；b）注浆锚索安装及封孔：用锚索将一节Z2360型中速树脂药卷推入孔底，随后用风动帮钻搅拌，30min后依次套上膨胀软胶管、塑料硬管、托盘、锁具，使硬管露出孔口50mm～80mm，通过风动张拉仪的挤压作用使软胶管受压膨胀实现锚索预紧和封孔；c）制浆：按水灰比1∶1.5制定浆液，先向搅拌桶内注入一次搅拌所需的清水；启动搅拌机，向桶内加入52.5R或42.5R水泥，边加入边搅拌；加完水泥后，立即按水泥量8%的比例加入ACZ—I注浆添加剂，搅拌2min～3min即可完成浆液制备；d）注浆：高压管路连接合格确认安全后，启动注浆泵注浆，泵压力达到设定的注浆压力（8MPa）可关闭注浆泵结束注浆。
        3 煤矿掘进新技术新工艺的未来发展趋势
        ①煤矿掘进自动化技术发展方向当前企业更倾向不同煤矿掘进技术的融合，将不同设备功能集成于一体，应用计算机技术、网络信息技术、电气控制技术、通信技术以及PLC控制技术，这将是未来煤矿掘进技术的发展趋势。应用计算机端面控制盒遥控系统实现对煤矿掘进过程的方向操控与智能监测，进而完成设备的自主定位和自动切割。②功能化发展方向随着掘锚一体化技术、多功能集成化掘进技术的发展，煤矿掘进与锚杆支护可以实现平行作业。在未来还会形成设备自动故障维护、生产环境净化的功能，比如在掘进机中安装锚钻系统、临时支护系统以及除尘系统，提升煤矿掘进机的掘进速度。在掘进机上安装桥式带式装载机，加载伸缩式带式转载机，解决煤矿掘进机后配矿车转载与运输难题，使设备可以在复杂煤矿开采环境中应用自如。
        结语
        煤炭资源是不可再生资源，如何利用有限的资源为人类的社会发展做出最大的贡献，是每位煤矿行业人员都要考虑的问题。煤矿行业的可持续发展，除了要依靠严格的安全管理和精益生产，高科技的开采设备也是关键。我们需要对目前的掘进技术和工艺进行不断探究，借助于高科技的发展和计算机自动化的普及，加大其在掘进设备中的应用，形成科学创新的生产模式，并在开采过程中不断的完善技术和工艺，全面提升煤矿开采的效率和质量，为我国的经济发展和生态的可持续发展做出贡献。
        参考文献：
        [1]郭树林.煤矿井下巷道掘进顶板支护技术浅析[J].现代矿业，2014，（08）：120-123.
        [2]张江波.煤矿掘进新技术的现状与发展趋势[J].能源与节能，2015，（01）：46-47.
        [3]胡海龙.煤矿掘进新技术新工艺应用现状分析[J].能源与节能，2018，（09）：135-136.