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[摘 要]众所周知,巷道掘进是煤矿开采的重要环节。本文对巷道掘进的有关技术进行探讨,旨在增进对掘进技术的认识,加强对采矿专业的认识及提高专业素养。
[关键词]掘进技术 矿山巷道 掘进 发展
中图分类号:TD263 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)18-0002-01
一、巷道掘进技术
我国煤矿巷道高效掘进方式主要有三种:一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;二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;三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。
煤矿巷道综合机械化掘进由悬臂式掘进机、转载机、可伸缩带式输送机(或刮板输送机)、单体锚杆钻机、通风除尘设备及供电系统等设备组成。悬臂式掘进机是煤巷综合机械化掘进的关键设备,掘进机的性能对于提高掘进工效和掘进进尺具有重要作用。
二、影響巷道掘进的因素
巷道掘进是一个系统工程,影响因素较多,该系统中包含人(施工者和管理者)、技术装备、生产技术以及管理、安全、技术革新的影响等诸多因素所构成的综合复杂体系。现将其归纳以下三个主要方面:人的因素(施工人员的基本素质和管理组织形式);施工机械设备及生产技术因素;施工工作地点安全因素(即环境因素)。三者之间如同“木桶理论”,任何一个环节的欠缺都会影响到整个掘进施工的进度。下面就制约巷道快速掘进诸因素探讨分析如下:
(一)人的因素
1、施工人员的素质
一项工程如果没有人的参与,其永远不可能实现。无论是全自动机械化作业还是全人工原始施工,施工人员是关键因素,在施工过程中起积极能动作用,超过其他任何因素,其具体包括以下两点:
(1)劳动者的素质
劳动者的素质主要包括受教育程度、技术熟练程度、劳动者的生产积极性、安全教育等几个方面。影响地下矿山井巷掘进的因素很多,比如操作人员没有按照规程作业,操作人员文化水平比较低,对生产工艺不熟悉,对生产设备的性能了解不够,操作不熟练等等。因此,在施工前和劳动过程中,加大对工人的技能培训尤为重要,劳动者的劳动技能获得改善,可极大提高工作效率。
在新工艺施工前,要对职工进行技术培训,使工人尽快掌握每一道工序及要求,这样才能保证此施工工艺顺利进行。
在掘进施工中,在人员配备上做到工种齐全、分工明确、密切配合,各工程衔接紧密,有效地利用工时,提高工效、提高工人素质,培养出尽可能多的多面手,只有这样才能使其掘进效率保持较高的水平。
(2)管理者的能力
管理者,特别是基层直接管理者的技术水平、组织能力、管理能力、培训能力等方面在施工组织中尤为重要。施工过程中,作业规程编制及技术交底质量差,对生产的指导性不强;安全规程不完善,现场管理不到位或制定的管理制度未认真贯彻;技术人员业务素质低,巷道掘进设计不合理,生产工艺不完善,支护设计不合理等都会给生产造成隐患,从而影响施工的顺利进行。
2、管理组织形式
(1)基本管理制度
健全和坚持以岗位责任制为中心的各项管理制度,是施工技术措施、施工设备和施工组织得以顺利实施的保证,是加快施工速度、降低生产成本、保证施工质量和安全的基础。
(2)合理的施工方法
对于巷道掘进,采取一次性开挖成型或多次开挖成型方式,根据围岩情况进行超前支护或初期支护,必要地段加强支护,以保证安全。
在支护过程中,改善施工艺,如采用湿喷工艺、发挥围岩自承能力的锚杆支护等,既减少工人劳动强度,又改善施工环境。
(3)科学的施工组织
科学地施工组织要求作到以下几点:
一是确定每个工序作业时间和循环时间,尽量压缩关键线路上关键工序外时间;二是尽量多工序平行作业;三是编制合理高效的循环图表,优化劳动组织;四是合理选择施工作业方式和循环方式;五是确定合理的循环进尺。
(二)施工机械设备及生产技术因素
1、机械设备
钻眼、爆破与装运是巷道施工中主要工序,而钻眼与装运设备的合理选择及使用将直接决定巷道掘进速度。
2、生产技术
根据我国井巷掘进当前施工水平,广泛采用的仍是钻爆法施工,而支护方式基本为锚喷支护。该方法在施工速度、安全质量、劳动强度、生产成本方面均优于传统的架棚支护和砌碹支护方式。但施工中仍存在一些问题,如由于巷道成形欠佳造成网、喷质量差,锚杆安装质量不好等,对于围岩较差地段不但会存在安全隐患,而且还会制约井巷掘进进度。
(1)改进光爆技术,加强巷道成形
当前巷道爆破均采用光面爆破,而大多为浅孔爆破,为提高进尺,可从加大孔深和孔径入手,并且经多年实践,中深孔(5m)爆破也是可行的。同时,为加强巷道成型,由于加大孔径而减少的扩炮孔数量可转移至周边,即增加周边眼数量,保证光爆效果。而且,增加孔深和炮眼数可以提高台车的纯钻眼时间,充分发挥高效设备的利用率。
(2)合理选择锚杆,提高安装质量
锚杆是否发挥作用,最关键是选型是否正确及安装规范与否。不同围岩需选用合理的锚杆,如砂浆锚杆、树脂锚杆、中空注浆锚杆及预应力锚索、对穿顶应力锚索等。锚杆安装角度、锚垫板是否贴紧岩面及注浆是否饱满,都将直接影响锚固质量。
(3)选用合格材料,保证网喷质量
金属网主要增加喷砼的抗弯强度和韧性,但其安装时必须紧贴岩面。选用合格的喷浆料生产砼,并选择湿喷工艺,不但可提高喷浆效果,减少回弹率,还可改善工作环境。
(三)施工地点安全(环境因素)
1、自然因素
地下突水、瓦斯、高地温及高压力围岩变形等自然灾害将直接危害巷道施工安全,其在施工中可借助相关设备(如地质雷达、红外线设备等)进行监测,采取必要措施达到安全条件,但其势必影响施工进度。
2、人为因素
平巷掘进,基本为独头施工,掌子面空间狭小,人员、机械较多,空气质量差,特别是钻眼和出碴时。对此必须加强通风,保证空气质量及能见度,减少安全隐患。
人在施工中的随意性,是最不安全因素。在保证个人施工能力及操作规范性同时,安排合理工作时间、保持施工人员的良好施工状态,也是安全施工必备条件。
三、我国平巷掘进发展方向
凿岩爆破方面,在中小型矿山进一步推广半液压凿岩台车,在先进的大型矿山,特别是新建矿山引进推广先进的全液压凿岩设备,在长巷道独头掘进中,研制和推广凿岩装载联合设备,同时,进行小直径全断面掘进机的引进和应用。
出碴方面,采用效率较高的装载设备,比如蟹爪式和耙斗式装载机,大力推广梭式矿车,长巷道独头掘进尽量搭接使用,采准巷道多头掘进时,采用铲运机出碴。
加强平巷施工组织和管理工作。平巷施工要达到快速、优质、低耗和安全的要求,除合理地选择先进技术和设备配套外,还要正确选择作业方式,采用行之有效的施工组织与科学的管理方法。作为科研项目,重点研究全断面掘进机,因为其势必将成为主流的破岩设备。
[关键词]掘进技术 矿山巷道 掘进 发展
中图分类号:TD263 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)18-0002-01
一、巷道掘进技术
我国煤矿巷道高效掘进方式主要有三种:一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;二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;三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。
煤矿巷道综合机械化掘进由悬臂式掘进机、转载机、可伸缩带式输送机(或刮板输送机)、单体锚杆钻机、通风除尘设备及供电系统等设备组成。悬臂式掘进机是煤巷综合机械化掘进的关键设备,掘进机的性能对于提高掘进工效和掘进进尺具有重要作用。
二、影響巷道掘进的因素
巷道掘进是一个系统工程,影响因素较多,该系统中包含人(施工者和管理者)、技术装备、生产技术以及管理、安全、技术革新的影响等诸多因素所构成的综合复杂体系。现将其归纳以下三个主要方面:人的因素(施工人员的基本素质和管理组织形式);施工机械设备及生产技术因素;施工工作地点安全因素(即环境因素)。三者之间如同“木桶理论”,任何一个环节的欠缺都会影响到整个掘进施工的进度。下面就制约巷道快速掘进诸因素探讨分析如下:
(一)人的因素
1、施工人员的素质
一项工程如果没有人的参与,其永远不可能实现。无论是全自动机械化作业还是全人工原始施工,施工人员是关键因素,在施工过程中起积极能动作用,超过其他任何因素,其具体包括以下两点:
(1)劳动者的素质
劳动者的素质主要包括受教育程度、技术熟练程度、劳动者的生产积极性、安全教育等几个方面。影响地下矿山井巷掘进的因素很多,比如操作人员没有按照规程作业,操作人员文化水平比较低,对生产工艺不熟悉,对生产设备的性能了解不够,操作不熟练等等。因此,在施工前和劳动过程中,加大对工人的技能培训尤为重要,劳动者的劳动技能获得改善,可极大提高工作效率。
在新工艺施工前,要对职工进行技术培训,使工人尽快掌握每一道工序及要求,这样才能保证此施工工艺顺利进行。
在掘进施工中,在人员配备上做到工种齐全、分工明确、密切配合,各工程衔接紧密,有效地利用工时,提高工效、提高工人素质,培养出尽可能多的多面手,只有这样才能使其掘进效率保持较高的水平。
(2)管理者的能力
管理者,特别是基层直接管理者的技术水平、组织能力、管理能力、培训能力等方面在施工组织中尤为重要。施工过程中,作业规程编制及技术交底质量差,对生产的指导性不强;安全规程不完善,现场管理不到位或制定的管理制度未认真贯彻;技术人员业务素质低,巷道掘进设计不合理,生产工艺不完善,支护设计不合理等都会给生产造成隐患,从而影响施工的顺利进行。
2、管理组织形式
(1)基本管理制度
健全和坚持以岗位责任制为中心的各项管理制度,是施工技术措施、施工设备和施工组织得以顺利实施的保证,是加快施工速度、降低生产成本、保证施工质量和安全的基础。
(2)合理的施工方法
对于巷道掘进,采取一次性开挖成型或多次开挖成型方式,根据围岩情况进行超前支护或初期支护,必要地段加强支护,以保证安全。
在支护过程中,改善施工艺,如采用湿喷工艺、发挥围岩自承能力的锚杆支护等,既减少工人劳动强度,又改善施工环境。
(3)科学的施工组织
科学地施工组织要求作到以下几点:
一是确定每个工序作业时间和循环时间,尽量压缩关键线路上关键工序外时间;二是尽量多工序平行作业;三是编制合理高效的循环图表,优化劳动组织;四是合理选择施工作业方式和循环方式;五是确定合理的循环进尺。
(二)施工机械设备及生产技术因素
1、机械设备
钻眼、爆破与装运是巷道施工中主要工序,而钻眼与装运设备的合理选择及使用将直接决定巷道掘进速度。
2、生产技术
根据我国井巷掘进当前施工水平,广泛采用的仍是钻爆法施工,而支护方式基本为锚喷支护。该方法在施工速度、安全质量、劳动强度、生产成本方面均优于传统的架棚支护和砌碹支护方式。但施工中仍存在一些问题,如由于巷道成形欠佳造成网、喷质量差,锚杆安装质量不好等,对于围岩较差地段不但会存在安全隐患,而且还会制约井巷掘进进度。
(1)改进光爆技术,加强巷道成形
当前巷道爆破均采用光面爆破,而大多为浅孔爆破,为提高进尺,可从加大孔深和孔径入手,并且经多年实践,中深孔(5m)爆破也是可行的。同时,为加强巷道成型,由于加大孔径而减少的扩炮孔数量可转移至周边,即增加周边眼数量,保证光爆效果。而且,增加孔深和炮眼数可以提高台车的纯钻眼时间,充分发挥高效设备的利用率。
(2)合理选择锚杆,提高安装质量
锚杆是否发挥作用,最关键是选型是否正确及安装规范与否。不同围岩需选用合理的锚杆,如砂浆锚杆、树脂锚杆、中空注浆锚杆及预应力锚索、对穿顶应力锚索等。锚杆安装角度、锚垫板是否贴紧岩面及注浆是否饱满,都将直接影响锚固质量。
(3)选用合格材料,保证网喷质量
金属网主要增加喷砼的抗弯强度和韧性,但其安装时必须紧贴岩面。选用合格的喷浆料生产砼,并选择湿喷工艺,不但可提高喷浆效果,减少回弹率,还可改善工作环境。
(三)施工地点安全(环境因素)
1、自然因素
地下突水、瓦斯、高地温及高压力围岩变形等自然灾害将直接危害巷道施工安全,其在施工中可借助相关设备(如地质雷达、红外线设备等)进行监测,采取必要措施达到安全条件,但其势必影响施工进度。
2、人为因素
平巷掘进,基本为独头施工,掌子面空间狭小,人员、机械较多,空气质量差,特别是钻眼和出碴时。对此必须加强通风,保证空气质量及能见度,减少安全隐患。
人在施工中的随意性,是最不安全因素。在保证个人施工能力及操作规范性同时,安排合理工作时间、保持施工人员的良好施工状态,也是安全施工必备条件。
三、我国平巷掘进发展方向
凿岩爆破方面,在中小型矿山进一步推广半液压凿岩台车,在先进的大型矿山,特别是新建矿山引进推广先进的全液压凿岩设备,在长巷道独头掘进中,研制和推广凿岩装载联合设备,同时,进行小直径全断面掘进机的引进和应用。
出碴方面,采用效率较高的装载设备,比如蟹爪式和耙斗式装载机,大力推广梭式矿车,长巷道独头掘进尽量搭接使用,采准巷道多头掘进时,采用铲运机出碴。
加强平巷施工组织和管理工作。平巷施工要达到快速、优质、低耗和安全的要求,除合理地选择先进技术和设备配套外,还要正确选择作业方式,采用行之有效的施工组织与科学的管理方法。作为科研项目,重点研究全断面掘进机,因为其势必将成为主流的破岩设备。