[摘 要]本文从井巷爆破、爆堆的控制，以及煤矿巷道矸石转载、支护一体机”的设计及说明、优点、施工工序优化与发展前景等方面，探讨掘进工作面新型装矸、支护设备的设计和制造。
　　[关键词]爆堆控制；快速掘进；工序优化；煤矿巷道矸石转载、支护一体机
　　中图分类号：TD35 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）47-0269-01
　　煤炭是我国的主要能源，但是从当前资源的贮藏量、国情和国民经济发展看，仍将在很长的时间内都会是如此。适合露天开采的煤炭资源很少，仅占总储煤量的7%左右，因此主体开采方式为井工地下生产，如此对煤矿巷道生产工作就提出了更高的要求，尤其对巷道掘进开采生产相关装备、技术水平、一线生产能力提出了严峻的考验。实现快速、高效、可靠、安全的掘进生产技术则是确保优质煤炭开采的重要条件之一。
　　在煤矿建设和生产中掘进占据着十分重要的位置，巷道掘进是一个多工序交替过程，主要由破岩、装运和支护三大工序组成。破岩一般分为爆破、机械、挖掘等，支护主要分为主动支护和被动支护。装运主要是使用耙矸机配合矿车、链板机、胶带运输机等。在巷道掘进施工中装岩运输排矸是掘进工作中劳动量最大，占循环时间最长（达35%～50%）的工序。掘进装岩运输综合排矸能力的优化，对快速掘进有十分重要的意义。随着科技的迅猛发展令各类新型巷道掘进设备、技术不断涌现，并稳步提升了掘进速度。然而，从国家总体掘进开采设备水平讲，虽然品种齐全，却欠缺优质性能，且自动化应用程度有限，因而呈现出一定的滞后发展状态。具体体现在我国生产研发的掘进开采机械设备质量性能有待进一步提升，消耗刀具现象较大，设备故障率居高不下造连续开机率始终不高，对煤矿巷道生产掘进速度形成了不良影响，也引发了高效煤矿生产障碍。
　　近年来综掘施工工艺得到广泛应用，但炮掘以强适应性仍在在拐弯频繁、坡度较大等不具备排矸系统的复杂地质条件下应用，要实现巷道的快速高效掘进，表现十分突出的就是掘进工作面的矸石堆积严重、排矸及验炮工作不能及时进行；临时支护较为笨重、繁琐，固定困难、使用不方便，而且巷道净高超过2.2m后支护作业时仍需站在梯子或假平台上进行。排矸与支护作业不能平行进行、大断面巷道支护困难，严重制约着矿井采掘设备的更新与发展及安全高效矿井的建设。为解决这些矛盾，我们提出了——爆破转运装矸的设想，并根据该思路初步研发设计出了“煤矿巷道矸石转载、支护一体机”。
　　1 井巷爆破
　　目前，我国煤矿掘进工作面应用最广泛的是钻研、微差、台阶爆破法。掘进工作面炮眼的布置合理与否是提高钻研爆破法的效率和质量的主要因素。掘进工作面的炮眼按用途和位置可分为掏槽眼、辅助眼和周边眼。井巷掘进的主要特点是只有一个狭小的自由面，四面岩体的夹制性很强。一次性起爆的药量受到较大的限制，我们在实际施工中采取一次打眼分组装药分组起爆的办法减少起爆药量大所产生的爆破地震能量对巷道支护及设备的影响等。
　　2 爆堆的控制
　　在掏槽眼、辅助眼及周边眼布置科学合理的情况下充分利用微差爆破在碰撞破碎过程中，煤（岩）中的动能降低，导致抛距减小，形成相对集中的爆堆。爆堆形状与尺寸是台阶炮孔爆破效果的一种反映。基于沿岩石抛掷方向爆堆剖面轮廓线具有Weibull分布函数曲线特征的假设，并综合考虑炸药爆炸性能与爆破设计参数、岩石（体）性质以及台阶自由面条件等因素的影响。然而，在实际生产中由于炸药威力大爆破时会产生大量飞石，易损坏支架和没备，而且爆堆分散给装矸清道造成困难同时也不便于验炮，安全隐患较大。为有效控制爆破堆积形状，一般情况下采取一次打眼分组装药分组起爆、并对设备进行必要的保护，减少起爆药量大所产生的爆破地震能量对巷道支护及设备的影响等。
　　3 “煤矿巷道矸石转载、支护一体机”的设计及说明
　　“煤矿巷道矸石转载、支护一体机”采用散热性能优异的铝青铜板、液压油缸等加工而成，主要包括行走部、支撑承载部、稳固部、辅助装载部、转载限位部、前探支护部构成，全构件均由液压系统供能动力输出稳定，环境适应性强。
　　4 “煤矿巷道矸石转载、支护一体机”的优点
　　①破矸方式是爆破（但不排除在煤层、矸石较软情况下使用其他设备，如风镐等煤矿常用设备），主装载模式是基于爆堆（爆破堆积物weibull分布函数曲线特征）控制，瞬间进行装载的装载工艺；能最大限度的减少巷道顶板裸露的时间、为下一步支护赢得了宝贵时间，巷道原岩维护及时、巷道支护效果好。②主排矸方式为集中转运、借助支撑承载部缸体的伸缩（实现煤、矸石的自溜）以及卸载场排矸（煤），辅助人工卸载；排矸集中、连续、节能环保、设备适应性强等特点。③支护作业工艺为对称布置、相对可独立工作的缸体，在现有主流永久（锚带网、刚性支架）支护材料的配合下可形成较好的临时支护工艺；便于永久支护材料的使用，适用于顶板不平的地段、顶板适应性强。④设备适应性强，为岩巷、拐弯巷道、下山巷道及坡度变化频繁的巷道施工提供了较为方便可靠的作业方式。⑤总体看本技术是重点对煤巷巷道掘进期间的运、装、支工艺进行了整合，摒弃了综掘机破矸工艺设备复杂的弊端。
　　5 施工工序优化
　　使用凿岩台车或多部风锤，严格参照台阶炮孔爆破图表进行打眼，装药后将“巷道矸石转载、支护一体机”开至迎头进行爆破，经初步验炮后及时进行顶部支护，然后将矸石运至迎头退回约10m处（具体位置根据现场情况而定），然后进行分运排矸（可用矿车、链板机、胶带运输机等）、同时迎头进行永久支护作业，从而起到缩短装矸影响时间，施工时要加强锚杆施工质量管控，杜绝“超欠挖”及“三空”现象的发生，提高掘进施工效率、实现快速掘进。
　　6 “煤矿巷道矸石转载、支护一体机”的发展前景
　　“煤矿巷道矸石转载、支护一体机”是在充分分析掘进装矸设备发展现状，充分利用爆堆效果，着力消除装矸工序费时、费力的基础上设计而成出的，其结构简单、轻巧、便于远程控制，安装、维护简便，对配套设备要求简单，并且可根据矿井瓦斯状况选择液压供应方式，将供能系统合理布置在安全地点。特别适用于短距离巷道施工、拐弯巷道施工、坡度变化频繁巷道及下山巷道等较为复杂的地质条件，在刮板运输机、皮带及矿车等配套设备的支持下能有效解决巷道排矸、支护问题，能实现高效排矸、安全支护。
　　参考文獻：
　　[1]唐瑞龙.浅谈如何提高掘进单进水平的方法[J].煤炭技术，2013，3.
　　[2]樊勇.巷道快速掘进的影响因素分析[J].山西煤炭，2009（12）.
　　[3]高克林，等.台阶炮孔排间毫秒延时爆破爆堆形状的计算机模拟[J].爆破，2005，12.
　　作者简介：
　　张振营（1984-），男，安徽临泉人，本科、工程师，毕业于安徽理工大学。