淮河能源顾北煤矿综掘一区 安徽淮南 232150
摘要：科技在迅猛发展，社会在不断进步，概述了煤巷快速掘进的影响因素，包括机械设备选型、工程地质条件、施工工艺和临时支护；分析了煤巷掘进中的掘进机切割路径，指出蛇形切割路径产生的垂直应力较小，提出合二为一支护技术，大大缩短了巷道掘进的支护作业时间，实现了煤巷快速掘进。
关键词：煤巷；快速掘进；影响因素；支护技术
引言
近年来，我国煤矿综合机械化开采效率显著提高但煤矿巷道掘进技术发展缓慢，加之煤矿井下工人老龄化、用工难，导致巷道掘进效率普遍偏低，引起了严重的采掘失调。开展煤巷快速成巷关键技术研究，实施机械化减人、自动化换人，提升成巷速度是当前我国煤矿安全高效生产的迫切需求。国内外研发机构在煤巷掘进、临时支护、永久支护及其他辅助工序的技术与装备方面已展开深入研究，研发了多种形式的快速成巷技术，并在部分矿区的实践中实现了煤巷成巷速度的提升，一定程度上缓解了采掘接替困难的问题。但由于我国煤巷条件差异大，现有装备难以有效解决占我国大多数的一般及复杂地质条件下煤矿快速成巷的需求，我国煤巷整体的成巷速度尚待提升。
1影响快速掘进的因素
1.1队伍素质和施工组织管理
先进的掘进机械需要娴熟的操作方可发挥最大的优势，因此操作人员的技能水平和专业素质必须引起高度重视，是提高巷道掘进速度的重要因素。经常组织相关作业人员技术培训，不断提高他们综合素质，为巷道快速掘进提供人员保障。同时完善的生产管理制度也是保证掘进速度的重要因素，其可以避免掘进工艺过程的重复进行，节省较多的时间，提高工作人员的积极性和员工出勤率，保证各个工艺环节的稳定运行，进而加快巷道掘进的速度。
1.2掘进机
随着我国煤炭开采技术的日益提升，各类掘进机也被大量研发和应用。目前，常用的煤巷掘进机为悬臂式掘进机。悬臂式掘进机虽然种类齐全，但仍存在机械化程度低、性能差等缺点。因此，提高掘进机的自动化作业程度，采用人工智能控制技术实现掘进机的自动切割和识别，提高掘进机械设备的稳定性和掘进刀头的使用寿命，对于提高巷道的掘进速度起着十分关键的作用。
1.3应力环境
随着地应力增加，长距离空顶作业时掘进迎头发生冒顶、两帮片垮等安全事故的几率会增加。为减少围岩在应力作用下发生不连续变形、顶板离层，影响支护的长期效果，煤巷开挖后要求立即施加支护、且允许的空顶小。小空顶距要求快掘装备在掘进工作有限空间内掘后即支，掘支装备频繁交叉作业耗时长，制约着集成化大型装备的使用。现场实践还发现，高应力巷道掘后围岩破碎，围岩表面坑洼不平，会影响网片铺设、锚杆锚索孔的打设速度，进而影响成巷速度。此外，高应力巷道容易大变形，导致体积较大的掘进装备撤出困难，即便装备拆分撤出，耗费的人力、物力及时间均会影响煤巷快速成巷速度。
2煤巷快速掘进及支护技术研究
2.1掘进施工工艺优化
（1）截割工艺。EBZ200型掘进机的截割尺寸排列紧凑、单轴承受的压力大、输出功率为325kW，应用于某煤矿工作面中能够保证工作面的掘进要求，为了提升掘进机的截割效率，适应不同的地质条件，设计了多种截割工艺。第一是工作面地质条件良好，掘进机可以采用正常截割方式，即中心进刀，四周刷帮。第二是工作面顶板出现围岩松软破碎情况时，可以采用两次截割工艺，即首先截割巷道断面宽度的1/3，之后二次截割巷道断面宽度剩余的2/3，尽最大程度的降低巷道空顶的时间，提高巷道掘进的安全性和效率。第三是工作面巷道掘进过程中存在较大地应力、存在出现片帮的风险的情况下，同样采用两次截割工艺，首先由截割断面的中心位置进行掘进，之后进行刷帮，以缩短两帮暴露的时间，提高巷道掘进的安全性。
（2）多工序交叉平行作业。巷道支护作为快速掘进过程中的重要环节，缩短支护时间有利于提高掘进速度和工人劳动效率。目前应用较为普遍的支护方式是锚杆支护，具有支护步骤简单、操作方便、控制围岩变形效果好等优点，即便是巷道回采阶段也能很好的保证巷道的支护稳定性。锚杆支护也具有明显的不足，锚杆安装时掘进机将会停止工作，使整个工作面掘进工作停滞，处于掘进与支护工作分离，影响掘进设备的开机率，影响巷道掘进速度，有必要设计两个工序交叉平行作业。为了缩短支护时间，拟采用滞后迎头一段距离的弱化支护技术，滞后安装的锚杆处于掘进机的后方，不会影响掘进机的正常工作，缩短了因锚杆支护导致掘进作业停止的时间，提供了工作面工作的效率，实现了巷道掘进工作的前后平行作业。
2.2合二为一支护技术
在巷道掘进过程中，临时支护和永久支护通常是分开进行的。临时支护和永久支护分开作业导致作业空间狭小、作业环节受限、掘进速度拖延，因此，为加快煤巷的掘进速度提出合二为一的支护技术。该技术的原理是采用新型临时支架，将永久支护的挂网、钻孔等工序整合到临时支架上，且支护工作可与巷道掘进同时进行，大大缩短了支护作业时间，提高了巷道掘进速度。
2.3具体支护参数
1）顶板支护：顶板采用20mm×2500mm的左旋无纵筋高强螺纹钢锚杆，间排距为700mm×700mm，每排9根，锚杆预紧力矩200～300N•m，锚固力不低于100kN；顶锚索采用预应力钢绞线让压锚索配双托盘支护，钢绞线规格为17.8mm×7500mm，4根锚索沿巷道中心线对称布置，间排距为2000mm×1400mm，靠近巷道中部的2根锚索垂直煤壁施工，外侧的2根锚索向上倾斜15°～20°安装，锚索预紧力不低于100kN，锚固力不低于250kN；顶板和两帮铺满由6.5mm光圆钢筋焊制的钢筋网（网孔尺寸为70mm×70mm）。2）两帮支护：每帮布置2根17.8mm×4300mm的预应力钢绞线让压锚索，最下方的锚索距离底板300mm，安装俯角为30°，靠近巷帮中部的锚索沿水平方向垂直巷帮施工，间排距为900mm×700mm；每帮布置2根22mm×2500mm的高强中空注浆锚杆，靠近底板的锚杆向下倾斜30°施工，煤帮中部沿水平方向布置，间排距为700mm×1400mm，采用425普通硅酸盐水泥，加入8%水泥质量的ACZ－1型添加剂，水灰比为1.0∶0.5，注浆压力为2.0～4.0MPa。
结语
1）国内外在掘进装备、临时支护与永久支护等煤巷快速掘进装方面进行了攻关，现阶段巷道掘进破岩装备基本能满足煤巷快速成巷需求，临时支护不能普遍满足我国各类围岩条件下煤巷随掘随支的要求。与传统的单体施工装备相比，集成化的永久支护装备效率显著提高，但由于锚杆支护环节多、工艺繁琐，尚不能满足我国煤巷快速成巷的需求。2）影响煤巷快速成巷的因素包括：围岩地质力学条件、工程条件、掘进与支护装备条件等。针对现阶段我国煤巷快速成巷装备尚不能适应各类围岩条件的现状，应充分考虑影响煤巷快速成巷的各种因素，综合评价影响具体巷道快速成巷的主要因素及影响程度，为巷道快速成巷装备选型提供依据。
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