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摘要：随着采矿技术的发展，煤矿工作面的产量飞速提升，现在已经出现了年产千万吨级别的矿井，先进成套的综采设备的应用，使得煤矿工作面的回采速度飞速提升。然而，工作面的准备速度跟不上回采的速度，引发了采掘接替紧张的问题。据统计，几乎所有的矿井都存在采掘接替紧张的问题。煤炭企业需要根据煤矿自身条件和要求，开发和研究不同形式和水平的快速掘进技术。
关键词：煤巷快速掘进;掘锚;发展;
随着煤矿自动化和计算机化的发展，截至2011年底，国有大型煤矿的煤炭机械化程度为94%，而广泛的机械化程度为89.87%。同时，主要煤矿的机械化程度达到了87.38%。但是，巷道作业的机械化、自动化和信息化程度，渗透率和巷道效率远远没有达到煤矿管理的安全有效要求。工作面积比（开发/开挖）从2001年的1∶2.25增加到2011年的1∶3.20。2011年的道路开挖速度为12.86 m/10 000 t，2012年的道路开挖速度为13.10 m/10 000 t。煤炭巷道发展的技术水平仍然落后于煤炭生产水平，不能满足煤炭开采的需求。
1 影响巷道快速掘进的因素分析
1.1 煤矿的地质条件
煤矿巷道是在地层中開挖的空间，巷道掘进时不可避免地会受到煤矿地质条件的影响。在地质条件比较简单的区域，巷道掘进施工比较容易，因而巷道的掘进速度比较快。在一些地质构造区域，巷道掘进需要考虑很多因素，主要是安全问题，这使得巷道的掘进速度变慢。在掘进过程中，岩层中的水和瓦斯都会在一定程度上影响巷道的掘进速度。此外，岩层的岩性也会影响到巷道的掘进速度，例如在岩石硬度比较大的区域进行掘进时，需要采用爆破的方式进行辅助掘进;在岩层比较软的区域，需要采用一些特殊的措施来抑制巷道的变形，从而保证施工安全，但这会严重影响巷道的施工进度。
1.2 采用的施工工艺
掘进过程中采用的施工工艺对巷道的掘进速度也会有一定的影响。在掘进巷道时，需要考虑巷道的断面尺寸和岩层的岩性。对于煤巷和岩巷，采用的工艺存在一定的差别，岩巷一般采用综掘法、钻爆法，而煤巷多采用综掘方法。由于岩巷的掘进施工工艺比较复杂，掘进速度通常会比较慢。现在煤矿多推荐掘进煤巷，少掘进岩巷。例如：在内蒙古矿区采用连续采煤机进行煤巷掘进，最高单月可以掘进1 400 m，效率非常高。
1.3 采用的支护工艺
在巷道掘进时，必须要采取合适的措施来对巷道进行支护。巷道支护的主要目的是保证掘进巷道的安全性和使用性。一方面，巷道在矿山压力的作用下会产生变形，断面会变小，不利于正常使用;另一方面，巷道上方的岩体会发生冒顶，威胁工人的生命安全。为此，需要对巷道进行支护。在不同的巷道围岩情况下，所采用的支护工艺也有一定的差异性，通常采用的是锚杆支护，而对于一些复杂的情况，还需要采用架棚支护来进行加强支护。对于采用的支护工艺，下面将进行具体分析。采用的支护工艺不同，消耗的时间也会不同。若支护消耗的时间过长，势必会影响巷道掘进。
2 煤巷快速掘进技术的发展及应用现状
2.1 优化支护工艺
在增加放气的条件下，玉武煤业有限公司提出了一些措施，例如更换临时屋顶支架和优化巷道施工技术。同时，企业应用设施管理知识来优化过程标准时间，从而提高了煤路的掘进速度。德国DSK公司在距井底20～30 m处和井底10 m处对巷道底部进行支撑，以完成地下煤矿大断面矿井工作的快速开挖。受到屋顶塌陷和井下突跳带来的困难，可以研究拱形断面的设计，优化断面结构并改善巷道的应力状态，从而提高煤巷快速开挖的效率。
2.2 改进掘进装备
近年来，从土方设备到辅助设备，用于解决煤路快速开挖问题的技术不断被改进。
JOY 4FCT柔性皮带输送机（以下简称4FCT机器）是一种单人远程控制连续输送系统，可以跟随连续采煤机将物料输送到面板式皮带输送机。运输机配有动力单元（DMU），可让传送带自动前进或后退。链传动系统沿4FCT的整个长度分布，并且连续的采煤机电力电缆管理支持使操作电缆系统和相邻设备变得容易。安装在美国伊利诺伊州煤田的4FCT沿用JOY 12CM27连续采矿机进行室内岩心开采，工作高度为2.4 m，最大月产量达到182 300 t，最大日挖掘量为413 m。
2.3 完善工序设计系统
煤炭企业根据现存地质条件和采矿需求，与有关部门合作开发了一种用于煤巷和后续辅助设备快速开挖的系统。该用于煤巷快速开挖的系统包括起锚机、多连杆锚杆机、双臂锚杆、皮带输送机、破碎机、皮带输送机等。巷道，支撑和运输过程的并行操作以及一次切段以形成巷道的速度，大大提高了掘进速度。
3煤巷快速掘进模式的发展现状及应用
3.1 单功能掘进机模式
在2000年左右，由EBJ-120引入的悬臂掘进机主要与单螺栓镗床配合使用已在很多煤矿企业中投入使用。一个隧穿周期需要30～45 min。其中，巷道操作需要10～15 min，支持和其他停工时间约占周期时间的2/3。
3.2 自行式掘锚运模式
连续剪切机、锚杆机、运煤车、穿梭车和连续输送机轨道系统，平均每月行驶里程可超过2 000 m。2003年，山湾矿区的某个连续采矿团队使用一台机器完成指令，每月工作4 656 m。该设备机动性强、机械化程度高，可用于平行巷道的建设和不同道路的维护。主要缺点是巷道区域行进距离大，经常动员机器和设备，并且需要高水平的路面。
4 关键技术问题探讨
4.1 掘进与支护速度不协调
挖掘速度缓慢的主要原因是不平衡的挖掘和支撑。长壁采煤机的煤炭切割时间通常在17%～34%之间，而锚杆支撑时间应在50%～67%。随着掘进机的切割能力持续增长，牵引能力不断增长，争议变得更加明显。
为了减少这种冲突，在每个快速开挖项目中，当屋顶条件允许时，与空顶的距离会增加，并且开挖和支撑的工作空间不会互相干扰，并行操作可以实现。目前，主要解决方案是为掘进工作面的屋顶创造条件，以满足增加空顶之间距离的条件，并尝试在下一部分中完成剩余的支撑工作。这仅解决了在更好的条件下操作面部的部分问题，无法大规模推广。
4.2 锚杆支护机具自动化水平低
巷道掘进机穿透能力的不断提高和切割一个截面所需时间的减少难以增加锚杆锚固机的钻臂数量并增加锚固和辅助作业的比例。这就需要巷道工作人员从根本上解决因锚杆支护机具自动化水平低的问题。在神东公司的第一套快速巷道设备（加上6台绞车锚机）中，该系统共有14～16台锚杆，所有这些都需要4～8台锚杆来运行。假设镜头中的所有螺栓平均在10～15 min内收集到，这只能提供当前的高挖掘速度，并且进一步提高速度的可能性是有限的。CMM2-33煤矿用液压锚杆钻车是新型的巷道支护机械，该机与掘进机配合使用，主要用于煤巷及半煤巷掘进工作面支护作业，能够实现顶板及侧帮同时作业，还具有在硬度f=3～8的煤、岩层钻炮孔及探测孔等功能，巷道支护宽度在3.5～5.5 m以上，支护高度为3.5～4.5 m，适应巷道工作坡度±14°。
5 结语
快速煤巷系统的研究和建设尚处于起步阶段，许多理论、概念和具体问题仍有待完善。在掘进过程中，掘进技术和辅助设备，作业设备和辅助设备的局限性仍有待探索;不同地质条件的煤矿面临的主要矛盾和具体技术难题是不同的，都需要消除。因此，煤矿企业需要根据煤炭自身条件和要求，开发和研究不同形式和水平的快速挖掘技术。
参考文献
[1]张忠国.煤巷快速掘进系统的发展趋势与关键技术[J].煤炭科学技术，2016，44（1）：55-60.
关键词：煤巷快速掘进;掘锚;发展;
随着煤矿自动化和计算机化的发展，截至2011年底，国有大型煤矿的煤炭机械化程度为94%，而广泛的机械化程度为89.87%。同时，主要煤矿的机械化程度达到了87.38%。但是，巷道作业的机械化、自动化和信息化程度，渗透率和巷道效率远远没有达到煤矿管理的安全有效要求。工作面积比（开发/开挖）从2001年的1∶2.25增加到2011年的1∶3.20。2011年的道路开挖速度为12.86 m/10 000 t，2012年的道路开挖速度为13.10 m/10 000 t。煤炭巷道发展的技术水平仍然落后于煤炭生产水平，不能满足煤炭开采的需求。
1 影响巷道快速掘进的因素分析
1.1 煤矿的地质条件
煤矿巷道是在地层中開挖的空间，巷道掘进时不可避免地会受到煤矿地质条件的影响。在地质条件比较简单的区域，巷道掘进施工比较容易，因而巷道的掘进速度比较快。在一些地质构造区域，巷道掘进需要考虑很多因素，主要是安全问题，这使得巷道的掘进速度变慢。在掘进过程中，岩层中的水和瓦斯都会在一定程度上影响巷道的掘进速度。此外，岩层的岩性也会影响到巷道的掘进速度，例如在岩石硬度比较大的区域进行掘进时，需要采用爆破的方式进行辅助掘进;在岩层比较软的区域，需要采用一些特殊的措施来抑制巷道的变形，从而保证施工安全，但这会严重影响巷道的施工进度。
1.2 采用的施工工艺
掘进过程中采用的施工工艺对巷道的掘进速度也会有一定的影响。在掘进巷道时，需要考虑巷道的断面尺寸和岩层的岩性。对于煤巷和岩巷，采用的工艺存在一定的差别，岩巷一般采用综掘法、钻爆法，而煤巷多采用综掘方法。由于岩巷的掘进施工工艺比较复杂，掘进速度通常会比较慢。现在煤矿多推荐掘进煤巷，少掘进岩巷。例如：在内蒙古矿区采用连续采煤机进行煤巷掘进，最高单月可以掘进1 400 m，效率非常高。
1.3 采用的支护工艺
在巷道掘进时，必须要采取合适的措施来对巷道进行支护。巷道支护的主要目的是保证掘进巷道的安全性和使用性。一方面，巷道在矿山压力的作用下会产生变形，断面会变小，不利于正常使用;另一方面，巷道上方的岩体会发生冒顶，威胁工人的生命安全。为此，需要对巷道进行支护。在不同的巷道围岩情况下，所采用的支护工艺也有一定的差异性，通常采用的是锚杆支护，而对于一些复杂的情况，还需要采用架棚支护来进行加强支护。对于采用的支护工艺，下面将进行具体分析。采用的支护工艺不同，消耗的时间也会不同。若支护消耗的时间过长，势必会影响巷道掘进。
2 煤巷快速掘进技术的发展及应用现状
2.1 优化支护工艺
在增加放气的条件下，玉武煤业有限公司提出了一些措施，例如更换临时屋顶支架和优化巷道施工技术。同时，企业应用设施管理知识来优化过程标准时间，从而提高了煤路的掘进速度。德国DSK公司在距井底20～30 m处和井底10 m处对巷道底部进行支撑，以完成地下煤矿大断面矿井工作的快速开挖。受到屋顶塌陷和井下突跳带来的困难，可以研究拱形断面的设计，优化断面结构并改善巷道的应力状态，从而提高煤巷快速开挖的效率。
2.2 改进掘进装备
近年来，从土方设备到辅助设备，用于解决煤路快速开挖问题的技术不断被改进。
JOY 4FCT柔性皮带输送机（以下简称4FCT机器）是一种单人远程控制连续输送系统，可以跟随连续采煤机将物料输送到面板式皮带输送机。运输机配有动力单元（DMU），可让传送带自动前进或后退。链传动系统沿4FCT的整个长度分布，并且连续的采煤机电力电缆管理支持使操作电缆系统和相邻设备变得容易。安装在美国伊利诺伊州煤田的4FCT沿用JOY 12CM27连续采矿机进行室内岩心开采，工作高度为2.4 m，最大月产量达到182 300 t，最大日挖掘量为413 m。
2.3 完善工序设计系统
煤炭企业根据现存地质条件和采矿需求，与有关部门合作开发了一种用于煤巷和后续辅助设备快速开挖的系统。该用于煤巷快速开挖的系统包括起锚机、多连杆锚杆机、双臂锚杆、皮带输送机、破碎机、皮带输送机等。巷道，支撑和运输过程的并行操作以及一次切段以形成巷道的速度，大大提高了掘进速度。
3煤巷快速掘进模式的发展现状及应用
3.1 单功能掘进机模式
在2000年左右，由EBJ-120引入的悬臂掘进机主要与单螺栓镗床配合使用已在很多煤矿企业中投入使用。一个隧穿周期需要30～45 min。其中，巷道操作需要10～15 min，支持和其他停工时间约占周期时间的2/3。
3.2 自行式掘锚运模式
连续剪切机、锚杆机、运煤车、穿梭车和连续输送机轨道系统，平均每月行驶里程可超过2 000 m。2003年，山湾矿区的某个连续采矿团队使用一台机器完成指令，每月工作4 656 m。该设备机动性强、机械化程度高，可用于平行巷道的建设和不同道路的维护。主要缺点是巷道区域行进距离大，经常动员机器和设备，并且需要高水平的路面。
4 关键技术问题探讨
4.1 掘进与支护速度不协调
挖掘速度缓慢的主要原因是不平衡的挖掘和支撑。长壁采煤机的煤炭切割时间通常在17%～34%之间，而锚杆支撑时间应在50%～67%。随着掘进机的切割能力持续增长，牵引能力不断增长，争议变得更加明显。
为了减少这种冲突，在每个快速开挖项目中，当屋顶条件允许时，与空顶的距离会增加，并且开挖和支撑的工作空间不会互相干扰，并行操作可以实现。目前，主要解决方案是为掘进工作面的屋顶创造条件，以满足增加空顶之间距离的条件，并尝试在下一部分中完成剩余的支撑工作。这仅解决了在更好的条件下操作面部的部分问题，无法大规模推广。
4.2 锚杆支护机具自动化水平低
巷道掘进机穿透能力的不断提高和切割一个截面所需时间的减少难以增加锚杆锚固机的钻臂数量并增加锚固和辅助作业的比例。这就需要巷道工作人员从根本上解决因锚杆支护机具自动化水平低的问题。在神东公司的第一套快速巷道设备（加上6台绞车锚机）中，该系统共有14～16台锚杆，所有这些都需要4～8台锚杆来运行。假设镜头中的所有螺栓平均在10～15 min内收集到，这只能提供当前的高挖掘速度，并且进一步提高速度的可能性是有限的。CMM2-33煤矿用液压锚杆钻车是新型的巷道支护机械，该机与掘进机配合使用，主要用于煤巷及半煤巷掘进工作面支护作业，能够实现顶板及侧帮同时作业，还具有在硬度f=3～8的煤、岩层钻炮孔及探测孔等功能，巷道支护宽度在3.5～5.5 m以上，支护高度为3.5～4.5 m，适应巷道工作坡度±14°。
5 结语
快速煤巷系统的研究和建设尚处于起步阶段，许多理论、概念和具体问题仍有待完善。在掘进过程中，掘进技术和辅助设备，作业设备和辅助设备的局限性仍有待探索;不同地质条件的煤矿面临的主要矛盾和具体技术难题是不同的，都需要消除。因此，煤矿企业需要根据煤炭自身条件和要求，开发和研究不同形式和水平的快速挖掘技术。
参考文献
[1]张忠国.煤巷快速掘进系统的发展趋势与关键技术[J].煤炭科学技术，2016，44（1）：55-60.