＊楊崇江

（霍州煤電集團(tuán)晉北煤業(yè)公司 山西 035100）

1.分析影響煤巷掘進(jìn)速度的因素

煤巷掘進(jìn)工程復(fù)雜，它涉及的子系統(tǒng)有通風(fēng)、供電和運(yùn)輸?shù)取ＴO(shè)備型號、操作工藝還有地質(zhì)條件等諸多因素共同制約著煤巷掘進(jìn)的速度。統(tǒng)籌規(guī)劃各環(huán)節(jié)的影響因素，促進(jìn)煤巷的掘進(jìn)速度，達(dá)到高效、減員的目的。既相互聯(lián)系又相互制約的影響不會單一存在，除技術(shù)因素外，操作員的素質(zhì)和工程管理模式也影響著煤巷掘進(jìn)快慢，圖1闡述了每個因素互相影響的關(guān)系。

圖1 巷道掘進(jìn)速度影響因素關(guān)系

(1)設(shè)備的種類

很多機(jī)械設(shè)備都可以用于挖掘煤巷，下面介紹常用的四種：錨桿式還有刮板式、轉(zhuǎn)載式以及掘進(jìn)式的輸送機(jī)。

①錨桿鉆機(jī)：主要用于支護(hù)作業(yè)。完成掘進(jìn)后，錨桿鉆機(jī)開始錨網(wǎng)，保證圍巖牢固不變形，提升在掘進(jìn)過程中工作面頂板的安全性能。除了使用時對施工空間和環(huán)境要求高以外，能用錨桿鉆車就盡量不用單體式鉆桿鉆機(jī)，因?yàn)橛缅^桿鉆車自動化程度大、作業(yè)效率高。

②掘進(jìn)機(jī)：目前研發(fā)和使用的掘進(jìn)機(jī)，伴隨著開采煤炭技術(shù)的提升，其作用和種類也在不斷增多，以懸臂式的掘進(jìn)機(jī)最為普遍。它種類最齊全，但性能差且基本沒有實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。所以針對此掘進(jìn)機(jī)的缺點(diǎn)，采取以下措施全面提高巷道掘進(jìn)技術(shù)：首先穩(wěn)定設(shè)備并延長使用刀頭的壽命；其次采用自動化人工智能作業(yè)，控制掘進(jìn)機(jī)實(shí)現(xiàn)自動識別和切割。

③運(yùn)輸設(shè)備：煤巖被截割下來以后，如果不及時運(yùn)送出去，或者運(yùn)輸效率很低，都會影響作業(yè)進(jìn)度并拖慢巷道掘進(jìn)的速度，此時就要選用合適的運(yùn)輸設(shè)備。該設(shè)備由礦車、刮板輸送機(jī)和橋式轉(zhuǎn)載機(jī)以及可伸縮膠帶輸送機(jī)等部件組成。做好設(shè)備檢修和日常維護(hù)，提高設(shè)備安全性和可靠性，根據(jù)實(shí)際掘進(jìn)作業(yè)時的工作面選擇設(shè)備型號和選用的部件，反復(fù)設(shè)計(jì)、驗(yàn)算運(yùn)輸效率，組合以上設(shè)備部件，構(gòu)成最適合巷道掘進(jìn)的運(yùn)輸系統(tǒng)。

(2)采礦工程的地質(zhì)條件

采礦工程就是采出需要的資源，要想順利截割、爆破和開挖地質(zhì)體，一定要先判斷該項(xiàng)目的地質(zhì)情況。通常情況下，完成煤礦巷道的設(shè)計(jì)后，工程地質(zhì)的環(huán)境一般不變。地下是否有水、煤巖的軟硬程度、是否完整以及圍巖特性和節(jié)理裂隙都會影響工程地質(zhì)條件。高效施工建立在地質(zhì)條件滿足生產(chǎn)措施和工藝的基礎(chǔ)上。地質(zhì)條件越好，越能在臨時支護(hù)或掘進(jìn)時，支護(hù)的更永久；以下幾種情況會減慢巷道掘進(jìn)：遇到老窯積水導(dǎo)致陷落柱或斷層這種不良好的地質(zhì)時，不能有效管理和控制圍巖，必然需要耗費(fèi)大量的工藝和生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

(3)操作人員的工藝水平

挖掘煤巷時，要進(jìn)行裝煤和割煤以及運(yùn)輸和支護(hù)很多環(huán)節(jié)，支護(hù)工作是最復(fù)雜的。掘進(jìn)速度快慢與操作人員的工藝水平相關(guān)聯(lián)。我國常用的煤巷掘進(jìn)作業(yè)施工線見圖2。優(yōu)點(diǎn)是具有超強(qiáng)適應(yīng)性，更加自動化且更加靈活，可連續(xù)運(yùn)輸、截割煤巖。缺點(diǎn)是支護(hù)作業(yè)時影響了掘進(jìn)速度，不能進(jìn)行掘、支這種平行作業(yè)。煤巷掘進(jìn)時的施工工藝流程有橋式傳送和掘錨一體以及帶式運(yùn)輸和轉(zhuǎn)載破碎等，實(shí)際工作環(huán)境不同，需要選擇的流程不同；設(shè)備不同，適應(yīng)條件也不同；流程不同，特點(diǎn)也不相同。

圖2 掘進(jìn)施工作業(yè)線

(4)臨時支護(hù)

支護(hù)包含臨時和永久兩種時長的支護(hù)性質(zhì)，巷道掘進(jìn)速度很快時，支護(hù)可以保證巷道環(huán)境的安全。其中，臨時支護(hù)使用更頻繁，對掘進(jìn)作業(yè)過程的影響更小。針對臨時支護(hù)在巷道快速掘進(jìn)過程的阻礙作用，合理、科學(xué)的選擇臨時支護(hù)方式，才能盡最大可能減小巷道掘進(jìn)時臨時支護(hù)的負(fù)面影響。我們進(jìn)行臨支時最常選用這三種：機(jī)載式和自移邁步式以及前探梁式。

2.優(yōu)選支護(hù)方式，促進(jìn)煤巷掘進(jìn)

巷道掘進(jìn)步驟里最關(guān)鍵的一步是掘進(jìn)機(jī)切割，所以為了提升煤巷的掘進(jìn)速度，該文優(yōu)化了掘進(jìn)機(jī)在切割時的工藝。

(1)掘進(jìn)機(jī)的切割路徑

掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行切割時產(chǎn)生運(yùn)動路徑不同，就造成了巷道斷面輪廓的不同。具體有：

①蛇形切割：當(dāng)巷道是矩形斷面時，優(yōu)選蛇形切割方式。它的具體切割流程是：首先打掃工作環(huán)境—接著把煤壁進(jìn)行切割—然后掏槽采用橫向方式—最后切割采用迂回模式。切割途徑有兩種，分別是自上向下以及自下向上，具體見圖3。

圖3 蛇形切割路徑

②回形切割：從底板左幫處，掘進(jìn)機(jī)開始下第一刀，截割臂掏槽時采用橫向模式左-右擺動，到達(dá)右?guī)秃笱赜規(guī)娃D(zhuǎn)到巷道頂板，掏槽時一直選擇豎向模式上-下擺臂，然后順頂板到巷道幫，掏槽時選擇右-左方向擺臂，最終在左幫掏槽時選擇上-下方向完成擺臂?；匦吻懈顣r還以選擇由巷道頂板處進(jìn)第一刀。其不同的路徑見圖4。

圖4 回形切割路徑

(2)分析切割路徑

這兩種不同路徑切割兩幫圍巖時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不同，利用Midas CTS N軟件將所產(chǎn)生的不同移近量和頂板下沉量進(jìn)行建模，全面分析計(jì)算回形和蛇形這兩種切割路徑對巷道掘進(jìn)的影響，其模擬結(jié)果見圖5。

圖5 2種切割路徑巷道變形情況

上圖可見巷道圍巖產(chǎn)生的變形隨蛇形或回形切割次數(shù)增加而增加。他們的具體區(qū)別有兩點(diǎn)：首先是巷道兩幫產(chǎn)生的最大移近量不同，回形切割產(chǎn)生的差不多是240mm，蛇形切割產(chǎn)生的差不多是200mm；其次是頂板產(chǎn)生的最大下沉量不同，回形切割產(chǎn)生的差不多是150mm，蛇形切割產(chǎn)生的差不多是120mm。綜上得出蛇形切割產(chǎn)生的位移量相對較小，加速了巷道掘進(jìn)，同理，也可以增加空頂長度，達(dá)到最終目的。

(3)優(yōu)化支護(hù)技術(shù)

以前從未試過把永久、臨時這兩種支護(hù)一起用。每一種支護(hù)方式單獨(dú)作業(yè)時，都會減慢掘進(jìn)速度，因?yàn)闀加檬┕た臻g，擾亂作業(yè)步驟。所以綜合考慮為煤巷掘提速的目的，提出了合并使用這兩種支護(hù)技術(shù)，方法是將永久支護(hù)的鉆孔和掛網(wǎng)工序融進(jìn)臨時支架，實(shí)現(xiàn)在支護(hù)同時，進(jìn)行巷道掘進(jìn)工作，達(dá)到了縮短支護(hù)時間并加快了巷道快速掘進(jìn)，我們將其命名為新型臨時支架，見圖6。

圖6 新型臨時支架

3.結(jié)論

本文總結(jié)了影響煤巷掘進(jìn)速度的幾點(diǎn)因素：地質(zhì)條件和選擇的機(jī)械設(shè)備類型、臨時支護(hù)措施以及操作人員的工藝水平；蛇形切割在掘進(jìn)機(jī)切割時可以加快巷道掘進(jìn)，對圍巖產(chǎn)生的位移量更?。粚⒅ёo(hù)技術(shù)合二為一，縮短支護(hù)的時間。