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煤矿掘进技术与装备的现状及趋势分析

发表时间：2020/11/4 来源：《基层建设》2020年第21期作者：薛常庆

[导读] 摘要：中国的煤炭埋藏比较深，多是通过井工开采。

        韩城矿业公司桑树坪二号井陕西渭南 715400
        摘要：中国的煤炭埋藏比较深，多是通过井工开采。在井工开采过程中，需要开掘各种生产巷道，而这主要是通过掘进完成的。虽然煤矿开采技术得到了很大的发展，但是采掘接替紧张问题依然是困扰煤矿生产的关键问题之一。因此，采用合适的掘进技术是解决煤矿中广泛存在的采掘接替紧张问题的关键。由于煤层和岩层的物理力学性质存在较大的差别，应该针对煤巷和岩巷的掘进采用不同的掘进技术，同时，在巷道掘进中做好安全管理工作。
        关键词：煤矿掘进技术；煤矿掘进装备；现状
        引言
        在我国，长期以来煤炭产量与消费量分别占我国一次能源生产和消费总量的70%和60%以上，煤炭产业已成为关系国家经济命脉和能源安全的重要基础产业，在未来相当长一段时期内，煤炭在我国能源结构中的主体地位不会改变。我国90%以上煤矿生产属于井工开采，井下数量庞大的各类巷道是煤矿安全高效开采的前提，巷道掘进已经成为煤炭开采的先行工程。煤矿井下施工条件恶劣，断层、陷落柱等不确定因素多，掘进工作面水、瓦斯、顶板、粉尘严重威胁作业人员安全，这些因素给巷道掘进与支护带来巨大挑战。近年来，随着综合机械化开采水平的提高，年消耗回采巷道数量大幅增加，而掘进水平尚未得到相应提高，严重制约了煤炭安全高效开采。因此，研究煤矿掘进技术与装备的现状及趋势具有十分重要的意义。
        1煤矿掘进技术与装备的现状
        煤巷就是在煤层中布置的巷道，这类巷道占煤矿生产中巷道的大多数。由于煤层的硬度较低，切割起来方便，煤巷的掘进速度相对较快。在煤巷掘进中采用连续采煤机能实现掘进速度最大化，在掘进的同时也在采煤，有助于提高煤炭资源的开采效率。目前，这项技术在国内很多矿井得到应用，其主要优点是能进行连续作业，实现了破煤、装煤和运煤一体化，适用于矩形断面、多巷以及双巷条件下的掘进。在煤田地质条件较好的情况下，能最大程度发挥该技术的优势。经常使用的连采机的型号是15DDVC和ABM20，而中国目前没有专门生产这类设备的公司。主流的悬臂式综掘机是掘进的关键设备，其具有转载、切割、行走和运输的功能。按照需要，可以将掘进机分为横轴式和纵轴式；按照出煤量，可以将掘进机分为重型、中型和轻型。在掘进时，悬臂式掘进机能连续开挖，且开挖时震动较小、断面比较规整、支护灵活。在实际掘进过程中，掘进机的开机率在很大程度上决定了掘进速度。如果掘进机的开机率能达到60%以上，则能在很大程度上保证掘进效率。由于掘进过程中支护的速度很难跟上，进而影响了掘进机的掘进速度。目前，中国科研人员已经研发出了EBJ-120TP型巷道掘进机，其具有机身小巧、结构紧凑、稳定性好和破岩能力强的特点，适用于各种条件下的巷道掘进。该机型在煤矿岩巷掘进中的应用，大幅提高了掘进速度和工作效率，值得推广。
        2提高煤矿巷道掘进效率的有效策略
        2.1加强技术革新
        从技术发展角度上来看，采取科学的技术革新能够进一步提升工艺应用水平，满足不同情况下的煤炭生产要求。光面爆破技术能够借助于合适的炸药能量来确保巷道规整的设计要求，整个过程中可以确保围岩的承受能力与稳定性。为了满足实际的生产需要，在应用工艺过程中需要做好各种技术的衔接，包括金属支架、钢筋以及混凝土的搭配，满足支护的整体设计要求。如果设计强度不足，则需要采取合适的支架支撑手段来满足支撑要求。锚喷支护是一种针对防御机制采取的支护技术，该技术能在巷道的内部形成稳定的岩石带，借助于围岩与锚杆的协作来实现稳定安全要求。中心孔爆破技术在煤矿巷道掘进工艺革新中也具有一定的应用前景。该技术的原则十分明确，重点进行两头的爆破处理。根据这个基础原则，进一步提升炮眼的综合利用率，同时可以借助于风钻处理的方式来进行掘进头的处理。整个施工过程中，为了满足腰线的控制要求，需要严格落实责任制度，同时结合岩石的硬度标准与要求来选择装药量、爆破位置，确保整体技术的应用效果。

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        2.2做好掘进工作面的人员管理
        掘进工作面有大量的工作人员，保证工作人员的安全是煤矿生产工作中的重要内容之一。这就要求在施工过程中，必须要对现场人员进行有效管理。管理的具体内容主要有以下2点：a）杜绝工作人员违规操作。工作人员违规操作设备，使施工存在较大的安全隐患。由于施工现场很多工人的文化程度不高，缺乏对安全的认识，很容易做出危险操作。b）工作人员要严守工作岗位，不能随意走动。施工过程中有很多道工序，每道工序都需要有足够数量的工作人员来完成，若工作人员在施工中随意走动，不仅会导致施工过程中人手不足，还容易导致施工现场混乱。
        3煤矿掘进技术与装备的发展趋势
        3.1大断面巷道掘进技术
        随着矿井生产规模的扩大和机械设备体型的增大，对巷道断面的要求越来越高。因此，煤矿企业亟需开发大断面巷道掘进技术。在扩大巷道断面时，不仅对掘进技术有较高的要求，对掘进设备有更高的要求。为了进行大断面的安全掘进，需要研发更大的掘进设备和支护设备。与此同时，还应该优化掘进和支护工艺，保证巷道掘进的效率。目前的大断面掘进多是在煤巷中进行的，采用的是连续采煤机。对于半煤岩大断面巷道的掘进，施工技术人员必须结合掘进区域的实际情况，采用合适的机械设备。
        3.2煤岩混合巷掘进技术
        为了有效增强悬臂掘进机工作设备的整体性能，要使悬臂机械朝着智能化、自动化的方向不断发展，继而有效提升机械工作的效率，增强机械应用的安全性能。煤矿掘进的过程中，地质地貌混合使得掘进工作中出现了较多不确定的因素，为了降低这些因素所产生的不利影响，可以通过提升悬臂掘进机的性能来实现。连续采煤机可以实现连续工作，继而有效增强煤矿开采的效率，通过详细划分采煤机的应用性能，则可以使采煤机在多种地质条件中都得到有效的应用。同时还要提高对煤矿掘进机的创新研究，综合应用煤矿掘进机技术，保障工作人员的人身安全，增强煤矿掘进支护的效率，继而全面增强巷道的安全性和可靠性。
        3.3掘锚一体化掘进技术
        掘锚一体化生产模式是基于连续采煤机来构建的掘锚机组以及悬臂式挖掘设备机组。该类型的设备在使用过程中最大的优势是连续掘进，同时基于悬臂掘进机进行了技术升级，降低了作业过程中设备换位的等待时间，同时进一步提升了工作的效率，有利于满足生产的实际需求。
        结束语
        煤矿巷道的高效掘进技术是实现煤矿高产高效的基础，也是煤矿企业重点研究的主要内容之一。在巷道掘进过程中，可以分为岩巷的掘进和煤巷的掘进。在煤巷掘进中，采用连续采煤机能实现掘进速度最大化，在掘进的同时采煤，有助于提高煤炭资源的开采效率。由于岩石的硬度较大，破岩石相对比较困难。岩巷掘进方法主要有钻爆法和综掘法。未来应该大力发展大断面巷道掘进技术、掘锚一体化技术和煤岩混合巷道掘进技术。
        参考文献：
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