前言

隨著科技水平的提升，為了滿足多種類型煤層開采工藝需求，已有越來越多的綜采設(shè)備與技術(shù)被應(yīng)用于煤礦開采中，煤礦巷道掘進作業(yè)效率有了大幅提升。但是，相比于國際采礦掘進設(shè)備與技術(shù)，國內(nèi)所使用的設(shè)備仍較為落后，還有待進一步改進。在煤礦資源的連續(xù)性生產(chǎn)中，巷道掘進的速度在很大程度上限制了生產(chǎn)效率。因此，為了提高煤礦資源開采效率，必須不斷完善掘進技術(shù)及成套設(shè)備，并積極研發(fā)掘進新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備，以適應(yīng)不同條件下的煤層開采需求。

1、煤礦巷道施工工藝流程

現(xiàn)階段，隨著煤礦能源建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，在煤礦巷道掘進方面，已逐漸形成較為完整的工藝流程。其中，以細節(jié)劃分，可將其工藝流程劃分為幾十種。并且，在同一類型的工藝流程中，也可能因?qū)嶋H需求的差異，而采用不同的掘進設(shè)備。本文根據(jù)掘進方式的不同，詳細分析了各類施工方法

2、煤礦巷道掘進方式的成套設(shè)備及施工工藝分析

2.1 人工鉆爆掘進

在當(dāng)前煤礦巷道掘進施工中，人工鉆爆方式相較而言，是一種極為落后的工藝，被稱之為普掘工藝。這種掘進施工工藝對施工人員的勞力要求非常大，并且安全性較低，掘進效率不高?，F(xiàn)階段，由于經(jīng)濟限制、地質(zhì)條件等多方面因素影響，在部分地區(qū)的煤礦想到掘進中，仍在使用這一施工工藝。通常情況下，人工鉆爆工藝是在綜掘機采工藝難以實現(xiàn)的前提下實施，如坡度過大、巖石硬度過高等場合。

人工鉆爆的施工步驟為：打炮眼→裝藥→爆破→臨時支護→永久支護→排矸→噴漿。其中，通常借助煤電鉆、手持式氣動鑿巖鉆機等小型設(shè)備進行炮眼打制，完成打炮眼程序后，由相關(guān)人員親自動手安置爆破所需藥量，在爆破完成后通過人工完成探梁臨時支護，再使用氣動錨桿機或液壓進行錨桿永久支護。在人工鉆爆施工步驟中，排矸主要分為兩種，即機械裝巖排矸與人工裝巖排矸。機械裝巖排矸主要采用的組合方式有三種，分別為：側(cè)卸車+礦車、耙斗機+礦車、裝巖機+軌輪式梭車+礦車。人工裝巖排矸則是通過人工直接裝載礦車或刮板機+耙斗的方式進行施工，人工作業(yè)強度大，且效率不高，通常在小規(guī)模煤礦單位內(nèi)使用較多。

2.2 液壓鉆車鉆爆掘進

液壓鉆車鉆爆工藝與人工鉆爆工藝的區(qū)別，主要體現(xiàn)在打炮眼及部分錨桿支護的施工上。在人工鉆爆工藝中，打炮眼、裝置炸藥、搭建支護等工序基本上都需要通過人工勞動進行，僅排矸環(huán)節(jié)由過機械設(shè)備完成，掘進作業(yè)效率較低，勞動強度非常大，特別是在打炮眼與支護搭建方面，工作量極為繁重。而在液壓鉆車鉆爆工藝中，主要通過液壓鉆車完成炮眼打制及部分錨桿支護構(gòu)建施工需求。

液壓鉆車鉆爆的施工工藝相比于人工鉆爆，并無較大差異，只是在打炮眼與部分錨桿施工上，由液壓鉆車替代人工勞作。其中，在進行爆破時，為避免液壓鉆機受到損害，必須遠離工作面。在完成爆破工序后，與人工鉆爆方式一致，在排矸中也可通過裝巖機+梭車+礦車組合方式完成作業(yè)。液壓鉆車鉆爆工藝的使用，讓掘進工藝的機械化程度加大，在有效降低人工勞動強度的同時，大幅度提升了掘進施工效率。

2.3 懸臂式掘進機掘進

懸臂式掘進機在巖（煤）層突破上，主要利用截割頭的旋轉(zhuǎn)進行作業(yè)，通過操作截割部，讓巷道成為整體的截斷面，并由鏟板收集截下的矸石，再傳輸至后配套設(shè)備。懸臂式掘進機兼具破巖與巖石裝載功能，直接省去人工爆破與液壓鉆車鉆爆掘進所需的打炮眼、裝藥以及相關(guān)輔助工序，讓煤礦巷道掘進作業(yè)變得更為高效，因而被稱之為綜合機械化掘進，其機械化程度更高。現(xiàn)階段，綜合機械化掘進在國內(nèi)煤礦巷道中應(yīng)用較為廣泛，并逐漸取代原有的炮掘工藝。懸臂式掘進機掘進的施工步驟如下圖：

（1）普通掘進機截割掘進

當(dāng)前，國內(nèi)以普通型掘進機應(yīng)用為主，并且主要是在巷道硬度低于f5的情況下進行。這些掘進機主要由一些大型的煤礦掘進機生產(chǎn)企業(yè)制造。其中，針對截割功率的不同，將掘進機的型號分為EBZ100、E-BZ160、EBZ132、EBZ200等多種類別。

（2）硬巖掘進機截割掘進

普通掘進機主要應(yīng)用于地質(zhì)條件好、巖石硬度較低的煤礦開采場合，能實現(xiàn)巷道掘進的高效施工。但是，對于斷層較多、巖石硬度高于f5的特殊施工環(huán)境，采用普通掘進機難以達到預(yù)期施工效果，并且投資成本較大，因而需采用硬巖掘進機進行作業(yè)。其中，綜合性能較強的為E-BZ200H 標(biāo)準(zhǔn)型硬巖掘進機，由三一重工所研制，具有更廣泛的適應(yīng)空間，掘進效率也更高。其截割巖石硬度為f10，當(dāng)巖石硬度在f10以下時，這一類型掘進機能充分發(fā)揮最大功效，而巖石硬度超過f10時，而需實施必要的輔助工序。

（3）臨時支護

臨時支護這一工序的主要作用是為頂板提供及時保護，以避免出現(xiàn)冒頂狀況，并保障永久支護施工安全。當(dāng)前，在許多煤礦巷道掘進施工中，都是采用極為簡單的臨時支護工藝，即通過單體液壓支柱或穿管前探梁成為是臨時支護作業(yè)需求。這種方式主要是由人工作業(yè)進行，所應(yīng)用到的設(shè)備也較為簡單，支護效果不大，安全性較低。在掘進機支護功能研制方面，還尚未有較為成熟的技術(shù)，存在支護范圍窄、超前量小等缺陷。

此外，在臨時支護工序上，還可采用另一種施工方法，即邁步自移式。這種方式主要通過跨在掘進機兩側(cè)，實現(xiàn)與掘進機的共同作業(yè)，能及時進行支護，并且支護范圍較大。掘進與支護同時進行的施工方式，能將煤礦開采效率提升至更高層次。但該項技術(shù)目前仍處于研制階段，還未真正應(yīng)用于實踐。

（4）永久支護

現(xiàn)階段，在巷道掘進永久支護上，大部分煤礦單位均采用錨桿錨索支護，并隨著實踐經(jīng)驗的累積，這種支護技術(shù)已逐漸成熟。但是，錨桿支護的施工方式，仍需依靠液壓錨桿機或手持式氣動完成作業(yè)，工藝較為落后。如何實現(xiàn)錨桿施工的機械化，成為當(dāng)前國內(nèi)外煤機制造企業(yè)研究的重要方向。其中，由三一重工所研究制造的掘錨機，便進行了錨桿施工機械化的嘗試。其將兩部錨桿鉆機安置于掘進機的截割部，通過調(diào)整錨桿機位置、角度，配合截割部的擺動，完成相關(guān)這一工序。掘錨機的研制，基本實現(xiàn)了錨護作業(yè)的機械化，施工效率有了大幅度提升，但其主要是在已具備綜合性能的掘進機裝置上，新增的部件，還未實現(xiàn)與掘進機其它功能的協(xié)調(diào)配合與優(yōu)化設(shè)計，在具體施工過程中，極易受到巷道側(cè)幫影響，且存在較大的空頂距，無法在特殊巷道施工。

（5）運輸

在掘進機后配套運輸方面，當(dāng)前煤礦企業(yè)所采用的運輸方式較多，包含梭式礦車運輸、礦車運輸、皮帶機連續(xù)轉(zhuǎn)載運輸?shù)?。通過調(diào)查分析得出，其中最有效的運輸方式為三種。第一種為掘進機、第二運輸機、皮帶運輸機組合運輸形式；第二種為掘進機、第二運輸機、皮帶運輸機、專用矸石倉緩沖礦車組合模式；第三種為掘進機、龍門式第二運輸機、移動式矸石倉緩沖、龍門式皮帶運輸機、多礦車組合模式。

（6）除塵

在煤礦巷道掘進施工中，往往會生產(chǎn)大量的粉塵。并且，由于通風(fēng)設(shè)施條件限制，掘進機所具備的噴霧除塵高效難以發(fā)揮預(yù)期效果，致使施工人員處在空氣污染極為嚴重的作業(yè)環(huán)境中，身體健康受到極大損害。因此，在掘進機功能開發(fā)上，還應(yīng)加強除塵功能研發(fā)，完善除塵系統(tǒng)，以最大限度改善礦工人員的施工環(huán)境，達到理想的除塵效果。

2.4 連采機掘進

連采機掘進是一種機械化程度較高的施工方法，為房柱式采煤法逐漸演變而成。在其掘進施工中，極少涉及人力勞作，只需通過機械設(shè)備操作與檢修，便可完成相關(guān)掘進任務(wù)，掘進效率非常高，進尺速度快達1000m/M。

在巷道掘進中，連采機的應(yīng)用通常為2至3條巷道同時施工，巷道之間相隔的距離一般是25m，并在其間隔中每50m左右，便需開拓聯(lián)巷，以為調(diào)車與通風(fēng)提供便利。在掘進施工過程中，現(xiàn)在第一巷道中進行施工，通過連采機運輸部將截割下的煤轉(zhuǎn)載至其后相連的運煤車內(nèi)，當(dāng)轉(zhuǎn)載達到一定量時，迅速進行運煤車的轉(zhuǎn)換，由空載運煤車繼續(xù)轉(zhuǎn)載，保持煤礦轉(zhuǎn)載的持續(xù)性。裝載完成后的運煤車將煤礦轉(zhuǎn)載至破碎機，完成煤礦的破碎工序，之后再經(jīng)過皮帶運輸機，成功運輸?shù)降孛?。運煤車在完成煤礦原料轉(zhuǎn)載后，重新返回連采機相連位置，開始新一輪的運輸工作。

當(dāng)掘進中連采機前進到一定位置時，即空頂距達到10～15m，需停止掘進，通過聯(lián)巷進入另一條巷道，開展新的掘進工作。而在另一條巷道作業(yè)的錨桿機，同樣經(jīng)過聯(lián)巷，進入已停止掘進的新巷道內(nèi)，開展支護作業(yè)。在這個過程中，施工中應(yīng)用到的物料由運料車負責(zé)輸送，巷道修整與浮煤清理工作則由鏟車完成。在進行煤柱回收時，所需的移動式支護可通過行走式液壓支架來實現(xiàn)作業(yè)。連采掘進機對巷道地質(zhì)條件有著較高要求，主要應(yīng)用于空頂距高于10m、傾角低于10°的全煤巷道，因而其在具體煤礦開采中的應(yīng)用較少，僅在陜西、鄂爾多斯至榆林一帶的煤礦開采中使用。連采掘進機雖然施工的限制條件較多，但其機械化程度較高，能大幅度提升巷道掘進作業(yè)效率。

2.5 掘錨一體化掘進

在煤礦巷道掘進中，采用連采掘進機施工工藝，要同時進行2～3條巷道的掘進施工，其中不可避免地增加聯(lián)巷施工量，并且需頻繁進行車輛的巷道調(diào)換，致使施工流程變得更加復(fù)雜，應(yīng)用設(shè)備較多，最終加重了巷道掘進成本?，F(xiàn)階段，掘錨一體機是國際上較為領(lǐng)先的巷道掘進方式，兼具掘進、臨時支護、錨桿支護等實用功能，實現(xiàn)了多道工序的同時作業(yè)。

采用掘錨一體化掘進施工工藝，需要配置相關(guān)的運輸設(shè)備，如皮帶機或梭車，相比于連采掘進機，所應(yīng)用到的設(shè)備較少，但施工效率同樣較高。例如，山特維克掘錨機，具備遙控與手動操作兩種運行方式。從其構(gòu)造上看，是在連采機基礎(chǔ)上增置了錨桿機與臨時支護設(shè)備，能同時進行掘進、錨桿、支護作業(yè)，施工效率非常高，但對巷道要求也較高，并且機械設(shè)備的維護難度較大。目前，在國內(nèi)煤礦開采中，還較少采用山特維克這類國外所研制的錨桿機，僅在神華集團、同煤集團、山東兗礦嘗試應(yīng)用了這一工藝，但因地質(zhì)條件等各方面因素影響，實踐應(yīng)用效果并不理想。

結(jié)束語

我國地大物廣，煤礦資源總儲量占全球首位，極為豐富，但其實際分布較不均勻，不同地區(qū)煤礦地質(zhì)狀況存在較大差異，需要采用不同的施工工藝與機械設(shè)備。在此情況下，各類機械化成套設(shè)備成為煤礦巷道掘進高效進行的重要支撐，掘進成套設(shè)備與施工工藝的應(yīng)用，使得煤礦開采的機械化程度不斷提升，綜掘效率也獲得了大幅度提高。

作者簡介

高云太，（1979.12.10），男，甘肅省平?jīng)鍪校F(xiàn)職稱：礦建工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：煤礦井下工程施工，改進施工工藝。