＊張斌峰

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)水峪煤業(yè)有限責(zé)任公司 山西 032300）

隨著工業(yè)規(guī)模擴(kuò)張，煤炭資源的消耗量也逐漸攀升，而容易開采的煤礦不斷在減少，其余的煤礦采掘的難度系數(shù)要大的多，這也導(dǎo)致了煤礦開采施工遭受到嚴(yán)重的限制。若是不對采掘技術(shù)進(jìn)一步強化和提升，則會促使相應(yīng)的煤礦資源無法合理運用。作為煤礦開采的重要組成部分，煤巷快速掘進(jìn)作為煤礦開采的重要工作，其顯著特征主要體現(xiàn)在開采煤礦過程中，巷道掘進(jìn)施工對整個工程具有決定性的作用。掘進(jìn)工作面施工主要與掘進(jìn)工藝技術(shù)、支護(hù)成效還有相關(guān)的機(jī)械配套設(shè)備等因素相關(guān)。煤礦所在區(qū)域不同，其地質(zhì)、水文還有巖層等條件也具有差異性。因此實現(xiàn)快速掘進(jìn)，所選取的技術(shù)工藝、支護(hù)手段以及相關(guān)配套機(jī)械設(shè)備也有所不同。通過實質(zhì)分析，應(yīng)用掘錨一體技術(shù)，配套相關(guān)機(jī)械設(shè)備，能夠?qū)蜻M(jìn)施工過程中的問題進(jìn)行針對性的優(yōu)化和改進(jìn)措施，從而實現(xiàn)巖巷掘進(jìn)效率提升的目標(biāo)。

1.掘錨一體技術(shù)的優(yōu)勢

煤礦采掘過程中，煤巷快速掘進(jìn)發(fā)揮著極其重要的作用。現(xiàn)階段，隨著掘錨一體技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化和發(fā)展，進(jìn)一步提升了煤礦工程掘進(jìn)作業(yè)的質(zhì)量和效率。從其具體使用過程分析，掘錨一體技術(shù)的優(yōu)勢特征主要體現(xiàn)在：第一，通過在煤礦生產(chǎn)應(yīng)用掘錨一體化技術(shù)進(jìn)行作業(yè)，能夠促使單巷掘進(jìn)成巷的速度提升超出50%。普遍情況下而言，掘錨一體化施工循環(huán)會保持在30min的時間范圍內(nèi)。正常條件下，煤礦掘進(jìn)每日進(jìn)尺為30～40m，每月進(jìn)尺為1000～1100m。從此方面可以分析出，采取掘錨一體技術(shù)能夠在確保安全施工的前提下，進(jìn)一步提升掘進(jìn)效率。第二，能夠進(jìn)一步降低頂板在采掘過程的暴露時間，以機(jī)械化形式操作，確保錨桿支護(hù)的水平符合施工要求，調(diào)整完善支護(hù)的功能。第三，該項技術(shù)工藝的運用，對于條件比較差的頂、幫情況以及單巷或者雙巷掘進(jìn)施工具有良好的作用。伴隨科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，掘錨一體快速掘進(jìn)技術(shù)也在持續(xù)升級，無論是配備的機(jī)械設(shè)施還是應(yīng)用到的其他工藝，都在相應(yīng)的調(diào)整革新，促使掘錨一體快速掘進(jìn)技術(shù)可從最大程度上去適應(yīng)各種復(fù)雜地質(zhì)條件、掘進(jìn)困難的施工作業(yè)，并且也能確保施工工作效率、工程質(zhì)量符合要求[1]。

2.掘錨一體快速掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)用注意事項

（1）前期勘察工作要落實到位。做好地質(zhì)勘探是掘錨一體快速掘進(jìn)技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)條件中應(yīng)用前的必要項目，需要在工程施工前明晰所關(guān)聯(lián)的位置區(qū)域中的具體地質(zhì)條件，以此才可以快速掌握相關(guān)數(shù)據(jù)信息并且以此來開展有效的施工設(shè)計。煤巷快速掘進(jìn)也需要遵循此原則，做好事前的勘測準(zhǔn)備工作，以此來精準(zhǔn)定位相關(guān)區(qū)域的煤層開采具體情況、地質(zhì)應(yīng)力等影響因素[2]。

（2）制定針對性的瓦斯控制防治措施。掘錨一體快速掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于具體施工環(huán)節(jié)，需要加大對兩方面防控工作的關(guān)注力度。其一是需要利用支護(hù)工藝從整體上強化巷道應(yīng)力、承載力還有煤層構(gòu)造的穩(wěn)定性；其二增大對瓦斯防治控制工作。復(fù)雜地質(zhì)條件下，巖層的構(gòu)造條件相對復(fù)雜，環(huán)境條件變化比較大，這樣會導(dǎo)致煤礦之中的瓦斯會源源不斷地排放到外部。如果缺少針對性的技術(shù)措施來對瓦斯進(jìn)行稀釋處理，濃度超出限制會加大瓦斯爆炸的概率，進(jìn)而形成較大的安全隱患。預(yù)防和控制瓦斯?jié)舛?，需要做好兩個方面的工作。即實施監(jiān)測瓦斯?jié)舛惹闆r和瓦斯采集排放。煤礦通風(fēng)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的主機(jī)在運行的過程當(dāng)中，各個分站會與監(jiān)測監(jiān)控主機(jī)之間持續(xù)保持通信聯(lián)絡(luò)，并且這些分站還會利用傳感器來開展相關(guān)信號的傳輸與接收工作。不同分站還會將已經(jīng)接收到的信號作為轉(zhuǎn)換和監(jiān)測工作開展的數(shù)據(jù)支撐，這些數(shù)據(jù)還囊括了模擬量、開關(guān)量和累積量。煤礦巷道中安設(shè)的通風(fēng)系統(tǒng)運行效率則是影響瓦斯采集排放的主要因素，要在掌握巷道具體開采情況，以此來明確通風(fēng)口的設(shè)置數(shù)量。

（3）重視通風(fēng)防塵作業(yè)。復(fù)雜地質(zhì)條件下，應(yīng)用掘錨一體快速掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行采掘施工環(huán)節(jié)中，會促使巷道當(dāng)中的粉塵濃度不斷上升，同時煤層作業(yè)環(huán)境中也會生成一些有毒有害氣體，其在釋放過程中會帶來嚴(yán)重的安全危害，因此進(jìn)行巷道掘進(jìn)施工作業(yè)，必須選用符合實際施工條件的通風(fēng)防塵技術(shù)。巷道中粉塵濃度持續(xù)加大，可能會導(dǎo)致爆炸事故發(fā)生，并且對于施工工人的身體狀況也會產(chǎn)生較大的負(fù)面影響，有害氣體帶來的影響后果也是如此，在進(jìn)行通風(fēng)防塵操作環(huán)節(jié)中，必須進(jìn)行針對性的巷道風(fēng)壓設(shè)計，保證風(fēng)壓參數(shù)適應(yīng)實際通風(fēng)條件要求。

（4）選用合理科學(xué)的爆破工藝。其一，精準(zhǔn)定位掏槽眼的具體設(shè)置區(qū)域，如果煤巷當(dāng)中有巖石破碎帶產(chǎn)生，同時還伴隨著裂隙問題發(fā)生，需要將掏槽眼設(shè)置到相關(guān)的位置。有效運用掏槽手段，必須應(yīng)用中空眼作為輔助，通過掏槽爆破環(huán)節(jié)來開創(chuàng)自由面。除此之外，其對于周圍眼間距設(shè)置、鉆孔工藝的條件要求相對比較嚴(yán)格，才能促使更加適應(yīng)巷道爆破環(huán)節(jié)中輪廓成型的標(biāo)準(zhǔn)條件。其二，掏槽眼和崩落眼絕大多數(shù)情況下需要應(yīng)用到連續(xù)裝藥構(gòu)件，以此來防止間隙效應(yīng)帶來的負(fù)面影響，降低了掏槽手段的應(yīng)用效果。周邊眼普遍所使用的裝藥構(gòu)件為空氣柱間隔不耦合的結(jié)構(gòu)形式，其還可以實現(xiàn)連接多個竹片，并將其一同放到炮孔中，從而來調(diào)整和優(yōu)化藥包串動的問題。其三，針對炮泥填塞作業(yè)，明確規(guī)定作業(yè)要求，促使爆破成效更加符合預(yù)期作業(yè)要求。因此，在填充和搗實炮泥的相關(guān)環(huán)節(jié)中，還要精確定位藥卷放置的位置，同時按照具體實施條件來對炮泥封堵距離適當(dāng)放寬。其四，復(fù)雜地質(zhì)條件下應(yīng)用掘錨一體快速掘進(jìn)技術(shù)，要進(jìn)一步提升掘進(jìn)的質(zhì)量水平，必須有效應(yīng)用打眼工藝。影響打眼作業(yè)的具體因素有風(fēng)錘風(fēng)壓、風(fēng)錘數(shù)量等。

3.掘錨一體快速掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)用實踐分析

（1）煤礦地質(zhì)條件總體情況分析。某煤礦工程中，其井田的總體面積為351.94km2，勘測煤炭的地質(zhì)儲量為9.45億噸，可采儲量也會6.4億噸，整個煤礦的煤層的平均厚度在3.39m。煤炭質(zhì)量比較穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)，屬于低中灰、低硫、低磷、中揮發(fā)份、高發(fā)熱量、粘結(jié)性中等的一號肥氣煤和二號弱粘結(jié)煤，其焦煤含量為1/3，同時屬于環(huán)保優(yōu)質(zhì)的動力煤和煉焦配，并且還能夠作為氣化、低溫干餾等進(jìn)行煤炭深層次加工的原材料。其工作面的開采煤層屬于侏羅系當(dāng)中的統(tǒng)延安組，主要是暗煤，其次則是亮煤，有少部分的絲炭，屬于半暗型的煤炭，內(nèi)部有裂隙發(fā)育生成。煤層的整體厚度在2.7～5.75m，煤層的厚度平均值為5m，煤層傾角的具體數(shù)值在0～4°范圍內(nèi)，平均值保持在1°，煤層的下方部位存在0～1層夾矸，煤層的普氏硬度在f=2～3，夾矸的普氏硬度在f=3～5。

（2）在采用掘錨一體快速掘進(jìn)技術(shù)時，快速掘進(jìn)設(shè)備主要有一臺掘錨一體機(jī)、一臺錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)、一臺煤礦用帶式轉(zhuǎn)載機(jī)、一臺帶式轉(zhuǎn)載機(jī)用自移機(jī)尾、一臺濕式除塵器和四部膠帶運輸機(jī)。參與施工人員隊伍主要應(yīng)用“三八制”作業(yè)施工形式。整個隊伍包括三個班組，即檢修班、生產(chǎn)一班和生產(chǎn)二班，檢修班的工作主要對設(shè)備進(jìn)行檢修并且做好各項準(zhǔn)備工作，兩個生產(chǎn)班則做好掘進(jìn)工作。其所應(yīng)用的掘錨綜合機(jī)組主要是循環(huán)式作業(yè)模式，每一個工作循環(huán)可朝前推進(jìn)的最大限度為1m，同時開展截割和錨護(hù)施工作業(yè)。

（3）煤礦巷道快速掘進(jìn)支護(hù)設(shè)計分析。①頂部支護(hù)分析。錨索和鋼帶相結(jié)合開展施工作業(yè)，每一根鋼帶需要施工四根，靠近幫處頂?shù)腻^索和頂板以75°進(jìn)行施工，其他余下的錨索全都和巷道形成垂直狀態(tài)并進(jìn)行頂板施工。鋼帶的長度為5000mm，錨索間隔排列的距離為16000mm×2000mm，錨固采取樹脂端部來進(jìn)行，每一根錨索需要配備四卷樹脂藥卷，而墊片的規(guī)格參數(shù)維持在800mm×800mm×10mm。錨桿布設(shè)需要應(yīng)用頂錨桿，與鋼筋托梁配合使用來展開支護(hù)施工，每一排需要應(yīng)用到7根錨桿，靠幫處的頂錨桿和頂板以75°來展開施工，其他余下的錨桿則和巷道頂板垂直并進(jìn)行施工，錨桿的間隔排列距離保持在8000mm×1000mm，選取樹脂端部的錨固手段，每一根錨桿需要搭配四個樹脂藥卷和金屬托盤，其規(guī)格參數(shù)具體為1500mm×1500mm×12mm。

②幫部支護(hù)分析。開采工作面的側(cè)面幫位置上下支護(hù)需要應(yīng)用兩根樹脂錨桿，兩根設(shè)置在中間位置為左旋螺紋鋼錨桿，每一排搭配應(yīng)用4根錨桿，錨桿之間的間隔排列距離保持在10000mm×1000mm，臨近頂板幫位置的錨桿距離頂板為300mm。應(yīng)用樹脂端部進(jìn)行錨固，每一根錨桿搭配兩個樹脂藥卷。需要對樹脂錨桿墊置木托板，其規(guī)格參數(shù)為4000mm×2000mm×50mm，并進(jìn)行橫向安裝。左旋螺紋鋼錨桿需要墊置規(guī)格參數(shù)為2000mm×2000mm×12mm的錨桿托盤。

煤柱側(cè)面幫部分，其每一排需要搭配施工4根左旋螺紋鋼錨桿，錨桿的間隔排列距離保持在10000mm×1000mm，臨近頂板幫位置的錨桿距離頂板為300mm。錨固方式采用樹脂端部錨固，應(yīng)用樹脂端部進(jìn)行錨固，每一根錨桿搭配兩個樹脂藥卷。需要對樹脂錨桿墊置木托板，其規(guī)格參數(shù)為2000mm×2000mm×12mm。

（4）掘錨一體快速掘進(jìn)技術(shù)施工工藝及其特征分析。其一，針對工藝流程而言，煤礦巷道實現(xiàn)快速掘進(jìn)需要應(yīng)用到的設(shè)備有掘錨機(jī)進(jìn)行截割，還有運錨機(jī)、可彎曲膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)、自移機(jī)尾、帶式輸送機(jī)對煤炭進(jìn)行運輸。掘錨機(jī)采取循環(huán)式施工操作模式，每個工作循環(huán)前推進(jìn)最大限度為1m，涉

及到兩道施工程序，即截割和支護(hù)，并且二者呈現(xiàn)平行作業(yè)模式。需要相對應(yīng)的操作施工人員對截割和支護(hù)分別召開作業(yè)。在截割之前，掘錨機(jī)在臨時支護(hù)位置是處在升起的狀態(tài)，在這之后于支撐位置呈現(xiàn)支撐狀態(tài)。其施工過程具體為，先進(jìn)行截割，降下開展臨時支護(hù)施工、收后支撐，再繼續(xù)行走并鋪網(wǎng)，之后上升開展臨時支護(hù)施工以及左右穩(wěn)定性，再聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行永久支護(hù)，接著再以該流程循環(huán)開展下一截割作業(yè)。

4.掘錨一體快速掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)用要點

圖1 錨桿支護(hù)

（1）重視支護(hù)手段應(yīng)用。復(fù)雜地質(zhì)條件下，應(yīng)用掘錨一體快速掘進(jìn)技術(shù)中，合理設(shè)計支護(hù)工藝是非常有必要的，支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用實施與煤巷周邊巖層質(zhì)情況存在直接關(guān)聯(lián)性，類型不同的巖層其結(jié)構(gòu)特性具有較大差異性，并且其整體應(yīng)力作用類型也有所不同，在這種條件下極易產(chǎn)生煤巷巖層坍落事故。在巷道支護(hù)作業(yè)中容易遭遇軟巖層，此種類型的巖層具有較大的支護(hù)難度，主要由于其抗形變能力不足，并且外部環(huán)境對其影響大，致使其產(chǎn)生碎裂掉落的情況。現(xiàn)階段對于此類巖層，其支護(hù)手段更多應(yīng)用錨索支護(hù)技術(shù)，經(jīng)過錨索固定、金屬網(wǎng)防護(hù)，實現(xiàn)穩(wěn)固巖層結(jié)構(gòu)目標(biāo)，從而增強其應(yīng)對外部力學(xué)因素的侵?jǐn)_能力。錨索支護(hù)技術(shù)在大跨度斷面支護(hù)上的應(yīng)用效果比較顯著，在冒頂區(qū)也能夠相應(yīng)凸顯承載力大的優(yōu)勢。此外，錨注支護(hù)、錨桿支護(hù)都可以與其他支護(hù)手段共同用于巷道支護(hù)中用以強化航道穩(wěn)固性。煤礦巷道因為圍巖本身結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，遭受浸泡軟化，并且存在錨桿錨索支護(hù)技術(shù)應(yīng)用方案設(shè)計的不合理，支護(hù)效果會被削弱，因而在對冒頂問題制定解決方案時，需要關(guān)注錨固增強的問題。第一，延長錨桿的長度，根據(jù)實際將頂板錨桿進(jìn)行更換，其他零件參數(shù)保持不變；第二，更換頂部位置中錨索的規(guī)格尺寸，在增加直徑的同時，適當(dāng)延長長度。

（2）配套掘錨一體掘進(jìn)機(jī)設(shè)備。依據(jù)煤礦煤巷布設(shè)方式區(qū)別，在進(jìn)行大斷面快速掘進(jìn)作業(yè)時，通常會遇到大拐彎的情況，利用綜合掘進(jìn)機(jī)能夠有效解決拐彎施工中產(chǎn)生的問題[3]。其一，彎道在施工過程中有左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎之分，在左轉(zhuǎn)彎施工時，因為綜合掘進(jìn)機(jī)操作臺處于該掘進(jìn)機(jī)的左邊，司機(jī)能夠一眼看到左轉(zhuǎn)彎處的具體情況，但是右轉(zhuǎn)彎時處在視野盲區(qū)，需要輔助人員來指明，即需要司機(jī)在操作環(huán)節(jié)中清楚截割點所在位置，防止出現(xiàn)超割、少割或割到支架的現(xiàn)象。其二，在擺機(jī)的過程中，要按照綜合掘進(jìn)機(jī)的前行、后退以及截割臂與履帶等相互配合來對作業(yè)方向?qū)崟r調(diào)整，這對司機(jī)的技術(shù)經(jīng)驗有著嚴(yán)格的要求，如果司機(jī)操作不熟練，容易導(dǎo)致擺機(jī)不連貫。其三，彎道掘進(jìn)作業(yè)時，需要保持巷道底板平整，但是因為空間還有綜合掘進(jìn)機(jī)本身的局限性，需要將綜合掘進(jìn)機(jī)掘運設(shè)備進(jìn)行拆除，出渣利用耙礦搭配導(dǎo)向滑輪進(jìn)行。其四，綜合掘進(jìn)機(jī)在右轉(zhuǎn)彎處擺機(jī)時，輔助人員指令要明確，指揮要得當(dāng)，同時安排觀察人員向指揮人員做好情況匯報，再經(jīng)過指揮人員指揮司機(jī)完成擺機(jī)操作。

圖2 割煤工序

圖3 掘錨一體機(jī)

5.結(jié)束語

綜上所述，在快速勘探開采的情況下，煤礦復(fù)雜的地質(zhì)條件對我國煤炭的開采效率、開采安全性均產(chǎn)生了一定限制，并且還存在著瓦斯、油型氣、煤幫破碎、支護(hù)量大等多重影響因素，因此也對采煤工程發(fā)展帶來了阻礙。在煤炭開采工作中，巷道掘進(jìn)以及支護(hù)工作是其重點內(nèi)容，想要有效改善煤礦采煤工程的整體發(fā)展態(tài)勢，必須針對煤礦復(fù)雜地質(zhì)條件采取針對性快速掘進(jìn)技術(shù)。