煤矿井巷工程中快速掘进技术的探讨

[摘 要]矿井的开拓与掘进在煤矿安全生产中是一项重要的生产环节，其施工的速度与质量将直接关系到矿井的安全、生产、效益。本文作者根据自己多年监理工作经验，主要分析了煤矿施工中制约煤矿井巷快速掘进的因素，进而提出了提高井巷快速掘进的技术措施。

[关键词]煤矿生产 巷道工程 快速掘进

中图分类号：X752 文献标识码：X 文章编号：1009914X（2013）34022901

1巷道掘进技术概述

20世纪80年代以来，我国对矿井设计进行了改革，取消了岩石集中巷布置方式，将开拓巷道和采准巷道布置在煤层中，增加了煤巷在井巷工程中的比例。目前，煤矿掘进巷道中大量的是煤巷，约占总掘进巷道工程量的70%左右。

我国煤巷高效掘进方式主要有三种：第一种是悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配套作业线，也称为煤巷综合机械化掘进，在我国国有重点煤矿得到了广泛应用，主要掘进机械为悬臂式掘进机，它适应范围广；第二种是连续采煤机与锚杆钻车配套作业线，在我国神东、万利等矿区及鄂尔多斯地区进行了推广应用，主要掘进机械为连续采煤机，它需要多巷掘进，交叉换位施工；第三种是掘锚机组掘锚一体化掘进，仅在一些矿区进行了使用，目前处于试验阶段。

2 井巷工程的主要施工工艺

2.1 凿岩爆破。凿岩爆破工作主要包括打眼、装药、放炮和处理瞎炮等。选择好凿岩设备和爆破工艺非常重工。

2.2 掘进通风。掘进通风的作用一是排除有毒有害气体炮烟和粉尘二是供给工作人员足够的新鲜空气。掘进通风一般是利用局部通风扇局扇和风筒进行通风。

2.3 岩石装运。把掘进工作面爆破下来的岩石装入矿车运出工作面就是岩石装运工作也称出渣。平巷掘进中一般采用装岩机进行装运作业如铲斗后卸式、耙半式、扒爪式连续装岩机等。斜巷常用耙头号式装岩机竖井掘进主要用悬吊式抓岩机和靠壁式抓岩机。运输岩石主要用矿车。立井掘进提升岩石主要采用吊桶和吊篮。

2.4 井巷支护。为了保持井巷的稳定防止井巷围岩发生垮落和过大变形必须进行井巷支护工作。支护工作可以落后于掘进工作面一定距离并与掘进工作面平行进行也可以在掘进工作结束后再进行支护。但对于不稳固的岩石必须随着掘进工作的进行及时安设临时支架待掘进作业完成后再把临时支架换成永久性支架。支护材料的选择要根据巷道断面大小、形状、服务年限、地压大小等因素综合考虑。根据支护材料和形式的不同主要有木支架、金属支架、钢筋混凝土支架和混凝土或石材砌支护。

3制约煤矿井巷快速掘进因素

3.1 地质构造原因。地质构造是制约煤矿巷道掘进速度重要原因之一，大体有工作面煤岩硬度，围岩节理现状，褶区构造、顶板与底板的稳定性，掘进面涌水量以及瓦斯量等众多因素，这些因素都能对煤矿巷道掘进速度产生重要影响。譬如顶板条件相对稳定，在采掘过程中控顶距就大，为支护创造了良好的基础，从而提高掘进机开机率。

3.2 掘进设备相对落后。近些年来，我国的掘进新设备虽然不断创新与发展，但整体性能水平仍然不高，自动化与机械化程度相对落后，尤其是在掘进设备的重要元件上，我们没有掌握到核心技术，同发达国家的同类产品有一定的差距。譬如很多煤矿企业虽然在装载与运输方面机械化相对提高。但是在打眼、喷浆方面不能实现机械化，仍旧靠人工操作。

3.3 施工工艺落后。煤矿施工工艺由于受掘金设备落后的影响，导致一些新型支护工艺不能很好的利用，当前我国很多煤矿企业采用新型复合支护形式及大断面U型棚支护，虽然有支护强度大、巷道断面大，便于行人、通风、运输、安装众多优势；但是大断面支护难度大，施工困难，施工经验和技术管理缺失，尤其是在“三软煤层”锚网支护方面的经验不足，对巷道掘进施工进度有较大影响。

3.4 施工组织管理差，施工者综合素质不高。当前，我国原煤产量供不应求，导致一些煤矿管理者好大喜功，只注重眼前利益，而不顾企业的长远发展，在施工组织管理没有科学性。同时，很多煤矿企业的工作人员综合素质不高发，没有经过严格的上岗培训，没煤矿巷道的掘进新技术或者新工艺以及设备的性能不能熟练掌握，导致设备的应用率降低，巷道掘进缓慢。

4.提高井巷掘进施工效率的方法

4.1 创新改进支护工艺与技术

（1）严格支护设计，确保支护强度。开展快速支护参数及工艺研究。结合现场具体条件，选择合理的掘锚工艺技术，进一步优化锚杆支护参数，减少作业工序，缩短安装锚杆的时间，加快锚杆支护速度。在软弱破碎煤岩体、高应力等困难条件下大断面.受二次动压影响的巷道支护，可采用强力锚杆、锚索支护系统，使用直径25 mm 强力锚杆（极限拉断力 420 kN，屈服力为 320 kN，延伸率18%，杆尾螺纹规格 M27），钻孔直径为 34 mm，配 K2835.Z2860规格的树脂锚固剂及相应强度的托板；直径为 19 mm 和 22 mm型强力锚索，树脂端锚配合钻孔为 d 28 mm，树脂与注浆联合锚固配合钻孔为 d32 mm 或 d 36 mm。其中，d19 mm 的锚索为 7 股钢丝组成（极限破断强度为 40t，延伸率为 4.5%左右）；d22 mm的锚索为增加其可弯曲性能，采用 19 股钢丝组成（极限破断强度为 60 t，延伸率为 7%左右）。从锚杆支护设计方法、支护材料、井下施工工艺及监测方面进行综合研究。在掘进巷道断层、破碎带条件下，可选用新型聚合注浆产品等支护材料，还可选用矿用工字钢+金属网+锚杆+局部锚索+局部注浆联合支护方式，解决松软顶板巷道支护技术难题。

（2）开发锚杆快速安装工艺，即搅拌树脂卷，上托板、拧螺母一次完成，提高支护效率。

4.2 推广改进锚杆施工机具

（1）传统掘进工艺中，采用 MQT-120 型风动锚杆钻机进行顶板锚杆眼的钻孔、顶板锚杆的搅拌安装；采用 ZMS35 型风煤钻打帮锚杆眼，风动锚杆安装器搅拌安装锚杆，人力扳手预紧。根据现场围岩情况，在顶板为砂岩、页岩时，可采用 MQT-120 型风动锚杆钻机进行顶板锚杆眼的钻孔、顶板锚杆的搅拌安装。紧固螺母采用风炮。在煤巷、半煤巷帮部则采用 7665 型风钻钻孔，采用防突钻机搅拌安装锚杆，紧固螺母采用 2600 型气动扳手。同时，锚杆使用机械安装，安装可靠性高，避免了人工操作的随意性，保证了安装质量。避免了过去锚杆使用扳手人工紧固时随意性强，难以保证足够的预紧力等问题。

（2）引进大功率气扳机安装锚杆，避免人工紧锚杆，保证锚杆安装质量。每根锚杆的安装时间平均减少 5 min 以上，大大减少了支护时间，可以提高锚杆的初锚力和可靠程度，进一步提高巷道单进水平。

（3）在现用风动锚杆支护钻眼机具的基础上，引进适应硬岩条件煤巷施工的掘锚一体化钻机。

（4）引进或研发大扭矩旋转―冲击新型锚杆钻机，加快钻眼速度，提高掘巷速度，解决硬岩条件下打眼难题；供风不足的锚杆支护巷道施工点，可选用液压锚杆钻眼机具。

4.3 引进发展新型掘锚机具

（1）认真总结推广锚杆支护技术经验。对掘锚作业线进行综合调研，结合矿井现有条件，引进国内外先进设备、技术、工艺。引进 EBZ-160 型等型号的大功率掘进机和全岩掘进机，实现煤巷单进突破的新目标。

（2）发展掘锚新机具。就目前的施工工艺而言，影响快速掘进的主要因素有两方面：一是掘进机割煤速度的快慢，二是锚杆机打眼安装速度的快慢。这种方法的主要矛盾是掘进工作面的开机率较低，一般在 30%以下，支护时间过长，跟不上机掘速度，影响单进水平的提高。因此，发展掘锚联合机组，实现“掘支锚一体化”平行作业，将是加快煤巷锚杆支护单进速度的有效手段。

4.4 加强施工组织和管理工作。安全管理工作是监理工作的一项重要内容，为此，监理部配备了专职安全管理人员，并要求监理人员牢固树立“安全第一、预防为主”及“抓施工必须抓安全”的理念。积极配合甲方安全管理部门做好安全管理工作。进场初期即会同甲方一起编制了“一通三防”等矿井危害预防措施及工广安全文明施工管理措施。制定了每月定期3次进行安全检查制度并认真执行。

综上所述，在煤矿井巷掘进工程中选用高效的采掘技术和设备，科学合理地选用最优掘进作业方式，确保掘进作业的进度和时间，做好煤矿监理工作，才能保证煤矿掘进的顺利完成。