鐘曉陽

摘 要：為了解決巷道掘進受瓦斯賦存影響較大，巷道無法保證安全快速掘進的問題，本文結合作業(yè)區(qū)的工程地質背景，分析了影響其掘進作業(yè)的原因，并針對性地提出了采取工作面長短鉆孔相結合的工作面瓦斯治理方式?，F場實踐表明：優(yōu)化后的工藝技術有效減少了工作面瓦斯涌出量，保證了巷道安全快速掘進，具有較高的經濟價值和社會價值。

關鍵詞：掘進技術;瓦斯賦存;瓦斯治理;瓦斯涌出量;長短鉆孔

中圖分類號：TD712 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）19-0056-03

Abstract： In order to solve the problem that roadway excavation is greatly affected by gas storage and roadway can not ensure safe and rapid excavation， combined with the engineering geological background of the operation area， this paper analyzes the reasons affecting its excavation operation， and puts forward the gas treatment method of combining long and short boreholes in the working face. The field practice shows that the optimized technology effectively reduces the gas emission of the working face， ensures the safe and rapid excavation of the roadway， and has high economic and social value.

Keywords： tunneling technology;gas storage;gas control;gas emission;long and short boreholes

近年來，隨著我國煤礦企業(yè)高產高效建設步伐的加快，井下巷道內快速高效掘進作業(yè)技術快速發(fā)展。1994—2004年，原國有重點煤礦綜掘程度從10.64%提高到23.77%[1]。國外先進的煤巷快速掘進設備與工藝在國內基本都得到應用，煤巷掘進機械化水平、掘進速度與工效不斷提高，礦井產量、效益及安全狀況得到了明顯改善。但是，相對于綜采技術來說，我國井下巷道內快速高效掘進作業(yè)技術還較為落后。很多煤礦企業(yè)綜掘作業(yè)的速度不能滿足綜采作業(yè)的需求，給煤礦企業(yè)的生產作業(yè)帶來了很大壓力。為了保證生產，有些煤礦企業(yè)不得不擴大掘進隊伍，增加掘進作業(yè)的速度。但是，由于沒有選擇科學有效的技術，生產作業(yè)過程中出現了很多安全和質量問題。因此，發(fā)展井下巷道內快速高效掘進作業(yè)技術，提高井下巷道內掘進速度與工效迫在眉睫。

1 常用的掘進技術

目前，我國煤礦企業(yè)經常采用的掘進技術主要是煤巷綜合機械化掘進技術、連續(xù)采煤機與錨桿鉆車配套技術和掘錨機組一體化掘進技術。其中，煤巷綜合機械化掘進技術是目前煤礦企業(yè)中使用最廣泛的技術。

1.1 煤巷綜合機械化掘進技術

煤巷綜合機械化掘進技術又被稱為懸臂式掘進與單體錨桿鉆機配套技術。該技術所配套的設備以懸臂掘進機為核心，主要由懸臂式掘進機、皮帶輸送機和通風設施等設備設施組成。煤巷綜合機械化掘進技術最大的特點是懸臂式掘進機設計重心較低，作業(yè)過程中具有較高的穩(wěn)定性，同時能適應不同的地理環(huán)境。目前，大部分掘進機系統都已采用PLC智能控制系統，有效提高了故障診斷能力和系統的整體可靠性。懸臂式掘進機及其工作狀態(tài)如圖1所示。

1.2 連續(xù)采煤機與錨桿鉆車配套技術

連續(xù)采煤機與錨桿鉆車配套技術主要依靠采煤機完成掘進作業(yè)，依靠錨桿鉆車完成支護作業(yè)。該技術的原理為：采煤機和錨桿鉆車交替出現在巷道中，在采煤機作業(yè)完成后，轉向下一個巷道之前，錨桿鉆車出現，進入該巷道開始實施支護作業(yè)。但是，由于巷道具有復雜性，大部分煤礦企業(yè)在應用該技術時需要反復調動采煤機，導致投入成本較高，系統維護困難[2]。

1.3 掘錨機組一體化掘進技術

掘錨一體化掘進技術是將在懸臂掘進機基礎上發(fā)展起來的掘錨機和以連續(xù)采煤機為基礎發(fā)展的掘錨機組結合成一體，達到采掘、支護作業(yè)在一臺設備的支撐下完成的目的。也就是說，在開采中實行巷道掘進的同時進行支護，以提高掘進速度。但是，該技術系統的結構相對于其他系統來說更加復雜，機械設備組裝困難，并且在落煤時容易引發(fā)震動，對頂板的穩(wěn)定性提出了較高的要求。

2 煤巷快速掘進影響因素分析

2.1 環(huán)境因素

由于綜合機械化掘進設備對地質條件的適應性較差，因此煤層頂板情況、水文條件、地質構造、瓦斯情況都會影響掘進設備的性能，導致掘進速度變慢。良好的地質條件可以有效提高掘進機的推進率，有利于掘進設備的高效運轉。反之，復雜惡劣的地質條件會增加設備運行的難度，不僅不利于安全作業(yè)，而且增大了支護難度，進而影響了整個掘進作業(yè)的進度。例如：井下巖層若為硬煤層，會造成設備損耗;巷道中瓦斯或粉塵含量過高，需要在井下施工作業(yè)面排放鉆孔探測地質構造，對施工造成一定的難度。

2.2 設備因素

井下掘進作業(yè)主要依靠掘進機、采煤機等設備完成，因此掘進作業(yè)中設備性能的好壞會在一定程度上影響掘進作業(yè)的速度[3]。例如，掘進機開機率低、對地質條件的適應性低、故障率高等情況都會影響掘進速度。因此，在選擇掘進作業(yè)所使用的機械設備時要注意其性能的穩(wěn)定性和可靠性。

2.3 人為因素

目前，掘進作業(yè)中所使用的大部分設備仍然是人為操縱的，意味著操作者的技術水平決定了掘進作業(yè)的速度和質量。水平較低的技術人員在操作設備時隨意性較大，如果出現走空刀等情況，就會嚴重影響掘進機的工作效率。相反，水平較高的技術人員則會加快巷道掘進速度。另外，企業(yè)職工如果在上崗前沒有經過系統專業(yè)的培訓，對設備的操作流程不熟悉，在設備出現故障時往往無法及時排除故障，也會影響作業(yè)進度，造成工程滯后。

2.4 管理的缺陷

組織管理也是影響掘進作業(yè)的重要因素。目前，多數煤礦企業(yè)偏向于技術層面的突破，忽視了管理的重要性，導致施工作業(yè)中經常出現責任不清、獎罰不明等情況，極大地降低了井下工人的積極性，間接影響了施工的速度和質量。

3 快速掘進施工工藝優(yōu)化

3.1 工程概況

河南云煤一礦22206運輸順槽設計長度為1 503 m，巷道沿二1煤層頂板掘進，巷道掘進范圍內煤層厚度為0.3～6.8 m，平均厚度為3.8 m，煤厚不均。實測原始瓦斯含量在3.29～10.05 m3/t，瓦斯壓強為0.1～0.9 MPa，工作面掘進時絕對瓦斯涌出量為0.1～0.5 m3/min[4]。

3.2 存在的問題

第一，河南云煤一礦22206運輸順槽瓦斯賦存高低呈區(qū)段瓦斯分布規(guī)律，沿煤層走向呈條帶式高低相間分布，受煤厚、地質構造等影響較大。

第二，厚煤區(qū)及地質構造帶附近瓦斯賦存較高，巷道掘進受瓦斯賦存影響較大。

第三，采用的快速掘進技術存在一定的短板。巷道掘進施工時，支護作業(yè)需要耗費大量時間，嚴重影響巷道的掘進速度。

第四，井下職工在上崗前專業(yè)培訓力度不夠，不熟悉設備的操作流程，忽視設備保養(yǎng)維修，一定程度上影響了施工進度，導致工程滯后。

3.3 優(yōu)化措施

為保證巷道安全掘進，采取工作面長短鉆孔相結合的瓦斯治理方式。同時，22206運輸順槽采用長鉆孔和短鉆孔相結合的加強措施，對掘進工作面前方煤層進行瓦斯抽排，可以有效減少工作面瓦斯涌出量，防止工作面揭露水力沖孔導致瓦斯異常，減少工作面前方應力。主要技術內容如下：第一，順層鉆孔控制巷道前方80 m，巷道輪廓線外上幫10 m、下幫5 m共設計11個鉆孔，所有鉆孔均封孔聯抽（見圖2）。第二，鉆孔采用合成樹脂+黃泥進行封孔，全程下篩管，鉆孔封孔深度不小于3 m，采用Φ50 mm封孔管+Φ50 mm篩管進行封孔。第三，沿中線方向鉆孔，施工至40 m和60 m位置時分別取煤樣測定瓦斯含量。根據中間鉆孔施工情況，調整鉆孔施工參數，確定鉆孔施工順序。第四，由于巷道的地質條件和水文環(huán)境會對掘進設備造成影響，因此在開采前要預先做好勘探工作，選擇適用的勘探方法，并選擇條件較好的煤層，以盡量避免巷道地質條件帶來的影響。第五，加強井下巷道內作業(yè)現場的管理、調度。對井下作業(yè)人員進行合理培訓，培訓應包括井下設備的操作使用以及安全技術培訓，加強現場的生產管理[5]。同時，成立綜合施工作業(yè)隊伍，將各個作業(yè)線的人員統一到一個隊伍里進行管理，做到統一指揮，責任到人，各個部門之間相互配合。一旦發(fā)生井下作業(yè)事故或設備故障，能及時行動，縮短反應時間，減少事故影響范圍，保障井下開采的順利進行。

3.4 實際應用效果

22206運輸順槽煤層薄厚不一，不同區(qū)段瓦斯賦存高低不同，且工作面揭露水力沖孔孔洞較多。為了減少工作面瓦斯涌出量，保證巷道正?？焖倬蜻M，采取在工作面施工長短順層鉆孔的措施。實踐證明，該技術保證了巷道的快速掘進，為礦井實現采掘的正常接替奠定了基礎。長短鉆孔相結合提高了鉆孔施工效率，一次施工控制巷道前方80 m，每次允許掘進60 m，相對短循環(huán)淺孔抽放鉆孔，大大縮短了打鉆施工時間。同時，該技術的應用有效減少了工作面的瓦斯涌出量和水力沖孔瓦斯的集聚[6]。

綜上所述，掘進工作面長短鉆孔相結合的加強措施，有效解決了高瓦斯區(qū)域工作面瓦斯治理問題，保證了巷道的快速掘進。

4 結語

為了解決巷道掘進受瓦斯賦存影響較大，巷道無法保證安全快速掘進的問題，本文結合我國煤礦巷道快速掘進技術發(fā)展現狀，分析影響其掘進作業(yè)速度的4個因素，即環(huán)境因素、設備因素、人員因素和管理因素?；谏鲜龇治觯鶕鳂I(yè)區(qū)的實際情況，針對性地提出采取工作面長短鉆孔相結合的工作面瓦斯治理方式?，F場實踐證明：掘進工作面長短鉆孔相結合的加強措施，有效解決了高瓦斯區(qū)域工作面瓦斯治理問題，保證了巷道的快速掘進，具有較高的經濟價值和社會價值。

參考文獻：

[1]宋合聚，郭明生，高吾斌.庚組半煤巖巷道快速掘進技術的研究與應用[J].煤礦現代化，2010（6）：51-53.

[2]張永軍.淺談煤巷快速掘進技術在煤礦中的應用[J].城市建設理論研究，2014（30）：2477.

[3]陸占金.基于堅硬煤層條件的順層鉆孔增透技術研究[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2020（1）：40-43.

[4]聶百勝，胡守濤，劉明舉，等.順層長鉆孔預抽煤層瓦斯防突技術在潘三礦的應用[J].煤礦安全，2012（12）：120-122.

[5]侯少杰.煤礦瓦斯治理過程控制理論及應用研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學，2010：1-189.

[6]閆磊.騰暉煤礦201工作面鉆孔瓦斯抽采參數數值模擬及應用[D].阜新：遼寧工程技術大學，2012：1-72.

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