论文部分内容阅读
摘要：简述深井巷道复杂条件下综掘及支护问题，对综掘机的应用与选型及深部高应力巷道快速支护提出要求。
关键词：综掘机 复杂条件巷道 掘进速度
0 引言
淮北矿业集团的多数矿井，井型小、井田密度大、走向短、开采水平延深也比较频繁，且大部分已转入深部开采。许多矿井地压大，断层多、煤层赋存条件不稳定、水文地质条件复杂。同时，冲击地压、高温、突水、瓦斯等灾害并存，给矿井安全生产、高产高效带来很大的影响。有的掘进巷道最大水平应力高达40MPa，围岩强度约30～40MPa，煤层强度在8～12MPa，属于典型的深井高应力软岩矿。
随着开采深度的增加，巷道围岩条件也在不断变化。压力渐增，矿压显现剧烈，巷道掘进和支护越来越困难。按矿区巷道围岩稳定性划分，围岩不稳定的Ⅳ、Ⅴ类巷道居多，深井复杂地质条件下的巷道占整体掘进量的比例较大。
采用综合机械化快速掘进，影响单进的因素集中于下：
①因巷道走向尺寸较小，综合机械化掘进技术优势难以发挥；
②开采的深度不断加深，煤层顶底板的岩性的变化就越明显，同时也会提高围岩应力；
③煤层和顶底板松软破碎，不利于掘进成形，从而增大变形量，两帮和顶底板都会出现明显的收缩，同时会加快变形速度，影响巷道支护的施工，从而产生前掘后修的问题。此外，底板松软也极易导致卧机；
④地质状况及地质构造复杂，巷道的坡度一般较大，且有很多揭露断层，加大掘进难度；
⑤长期使用传统炮掘工艺，运用先进的综合机械化掘进工艺，更不利于技术管理；
⑥现有综掘机不具备较好的破岩能力（半煤岩巷道岩石硬度系数f>5时，截割速度减缓）。而且机身会出现较大的振动，截割头、截齿也有较大的磨损，会在很大程度上损坏机器部件；此外，综掘机也不具备较好的爬坡能力（不超过14°～16°）；
⑦进行薄煤层开采的过程中，半煤岩巷、煤巷是主要的回采掘进巷道，其中半煤岩巷的掘进施工比较关键，必须全面的掌握和适应掘进设备及技术。
1 综掘机的应用与选型
1.1 综掘机选型
为使半煤岩巷综掘机的破岩能力提升，一般深井巷道的地质状况比较复杂，综合机械化快速掘进施工首先要解决的问题就是推广使用与矿区条件相符、具备较强破岩能力的半煤岩综掘机。
①综掘与普掘临界点确定。临界点巷道长度，往往按照巷道综掘与普掘掘进水平经分析之后确定，如果工作面施工长度不到400m，则需采用普掘工艺。反之则采取综掘工艺。
②截齿的选用。采用的综掘机的截齿必须具备很好的耐磨性能，以提升截割速度，不至于过分损坏齿座。若综掘机切割能力无法达到岩石硬度的要求，则采取放震动炮等途径切割，同时通过相应的维护措施。
③综掘机选型。选择与煤岩强度及巷道断面相符的综掘机，体积必须符合要求，且结构紧凑；保证具备一定的截割功率及其正常运行，及时供应配件供应，便于维修等。综掘机装备还要与生产系统配套，使各工序装备之间能力匹配和有效衔接。
1.2 综合机械化掘进技术改造
为提高综掘速度，应广泛集成和吸收成熟的掘进技术，重点优化巷道截割、临时支护、开门准备合理长度与拐弯巷道施工工艺，以保证综掘机在爬坡、过断层等复杂地质条件掘进过程中快速推进，并尽力扩大使用范围。
①截割技术。按煤层顶底板岩性、煤岩层的硬度与比例，采用不同的切割顺序和施工方案，原则应有利于机器稳定、防止切落大块煤影响装运速度、按照先软后硬的顺序进行。顶板为砂质页岩、复合顶、软硬岩层互层条件，可采用圆弧拱型断面，沿底放顶的施工；顶底板为砂质页岩，较坚硬，可采取沿顶起底的施工，巷道采用切圆拱型断面；煤层顶板为坚硬砂岩，采取留顶起底的施工，巷道采用倒梯形断面。
②自行开门技术。为实现掘进工作面“零”爆破，工作面开门直接安装综掘机施工，机后跟40t溜子运输，达到100m时再安装皮带，取消传统先炮掘一段再安综掘机的施工方法（可节约时间近半月）。
③爬坡技术。巷道坡度大的，可进行技术改造，有的已实现26°上坡安全施工先例。
④过断层技术。结合钻探、物探、层位对比、临近煤层及巷道断层赋存等条件，分析断层对巷道掘进的影响，准确判断断层的位置及产状，采用提前挑顶、卧底的方式减少过断层岩石工程量，并搞好断层带应力集中区的支护设计。迎头过下压正断层时，采用后退卧底法，过上跳正断层时，采用后退割顶法，超高处补挂锚网进行支护，两盘结合处补打锚索加强支护。
⑤临时支护技术。利用综掘机液压系统的稳定性和停开机的闭锁装置，研制“悬臂式托梁器”作前探支护。这样可作为临时支护技术，缩短空顶时间，减轻职工劳动强度，更加安全、可靠、有效的起到对顶板预应力支撑，避免空顶作业现象和吊环式前探梁对截割器影响，缩短循环作业时间。
⑥综合防尘技术。运用掘进机快速撤除搬家技术，减少硐室施工和运输环节带来的隐患，提高效率和安全系数；运用大件专用运送车，降低职工劳动强度；自制小激光指向仪，确保巷道成型；可采用11kW振弦式除尘风机进行强制灭尘，并增加泡沫除尘剂提高除尘效果。建立专业除尘风机站，改造综掘机配置的喷雾头，采用增加环形喷头、空气净化帘等防尘设施和手段，降低粉尘浓度，使综掘机在切割过程中产生的大部分粉尘得到消除。
1.3 综掘机配套系统的改造与施工管理
1.3.1 配套系统改造
运用顺煤流皮带启动控制、卡轨车配底卸式矿车运输、水平煤仓配皮带及矿车运输、单轨吊及底皮带等辅助运输、快速延皮带技术，提高快速运输能力。运用拐弯皮带运输技术，实现大角度长距离拐弯连续掘进；采用小角度连续拐弯技术（最大26°），实现皮带机的弯曲连续运输，保证巷道连续生产，减少皮带机设备占用及安装程序，节省岗位工。综掘机皮带起高支撑架，避免因条件变化造成综掘机小皮带磨大皮带；改造皮带滚筒防跑偏装置，消除皮带跑偏；改造储带装置，使一次储存皮带达120m，减少皮带延长次数；改造主皮带机尾，使跟机皮带实现曲线运输；改进皮带固定，对绳式皮带进行分段固定（每隔100m），始终保持皮带的吊挂质量达标。
1.3.2 施工管理
为充分发挥综掘效能，实现安全快掘，可根据《煤矿安全规程》，制定必要的综掘技术管理规范。通过优化劳动组合，成立掘进准备维修专业化队伍，优化施工方式，在保证安全生产情况下尽量安排平行作业。通过加强设备保养管理、搞好安全技术培训、引入竞争激励机制、加大设备维修人员和操作人员的培训力度等方式，提高综掘机快速掘进管理水平，为实现深井复杂条件下综掘机快速掘进提供保障。
2 提高高应力巷道快速支护的措施
按照深部高应力巷道围岩变形机理，推广应用高强锚杆，针对巷道围岩变形特征，综合采用现代计算機数值模拟方法，提出解决深部巷道锚杆支护的关键技术，不断改进锚杆施工配套大功率机具，节省支护时间，提高支护速度和效果，避免前掘后修。多种措施齐推进，为复杂条件下深井巷道综合机械化快速掘进提供保障。
3 结束语
煤矿只有依靠科技，走集约化发展之路，大力推广深井巷道复杂地质条件下综掘成套技术，并加强应用研究，积极寻找适合于煤巷、半煤岩巷的综合机械化快速掘进成套工艺和技术，努力提高深井煤巷掘进速度，才能促进矿井整体安全、生产效率的提高。为此，有必要研究同类条件下采用综掘机掘进成套工艺，并对提高安全掘进水平进行有益的探索。
参考文献：
[1]冀贞文等.深井巷道围岩变形破坏规律及其控制技术[J].煤炭工程，2004.2.
[2]蔡美峰.岩石力学与工程[M].北京：科学出版社，2004.
[3]陈炎光等.中国煤矿巷道围岩控制[M].中国矿业大学出版社，1995.
关键词：综掘机 复杂条件巷道 掘进速度
0 引言
淮北矿业集团的多数矿井，井型小、井田密度大、走向短、开采水平延深也比较频繁，且大部分已转入深部开采。许多矿井地压大，断层多、煤层赋存条件不稳定、水文地质条件复杂。同时，冲击地压、高温、突水、瓦斯等灾害并存，给矿井安全生产、高产高效带来很大的影响。有的掘进巷道最大水平应力高达40MPa，围岩强度约30～40MPa，煤层强度在8～12MPa，属于典型的深井高应力软岩矿。
随着开采深度的增加，巷道围岩条件也在不断变化。压力渐增，矿压显现剧烈，巷道掘进和支护越来越困难。按矿区巷道围岩稳定性划分，围岩不稳定的Ⅳ、Ⅴ类巷道居多，深井复杂地质条件下的巷道占整体掘进量的比例较大。
采用综合机械化快速掘进，影响单进的因素集中于下：
①因巷道走向尺寸较小，综合机械化掘进技术优势难以发挥；
②开采的深度不断加深，煤层顶底板的岩性的变化就越明显，同时也会提高围岩应力；
③煤层和顶底板松软破碎，不利于掘进成形，从而增大变形量，两帮和顶底板都会出现明显的收缩，同时会加快变形速度，影响巷道支护的施工，从而产生前掘后修的问题。此外，底板松软也极易导致卧机；
④地质状况及地质构造复杂，巷道的坡度一般较大，且有很多揭露断层，加大掘进难度；
⑤长期使用传统炮掘工艺，运用先进的综合机械化掘进工艺，更不利于技术管理；
⑥现有综掘机不具备较好的破岩能力（半煤岩巷道岩石硬度系数f>5时，截割速度减缓）。而且机身会出现较大的振动，截割头、截齿也有较大的磨损，会在很大程度上损坏机器部件；此外，综掘机也不具备较好的爬坡能力（不超过14°～16°）；
⑦进行薄煤层开采的过程中，半煤岩巷、煤巷是主要的回采掘进巷道，其中半煤岩巷的掘进施工比较关键，必须全面的掌握和适应掘进设备及技术。
1 综掘机的应用与选型
1.1 综掘机选型
为使半煤岩巷综掘机的破岩能力提升，一般深井巷道的地质状况比较复杂，综合机械化快速掘进施工首先要解决的问题就是推广使用与矿区条件相符、具备较强破岩能力的半煤岩综掘机。
①综掘与普掘临界点确定。临界点巷道长度，往往按照巷道综掘与普掘掘进水平经分析之后确定，如果工作面施工长度不到400m，则需采用普掘工艺。反之则采取综掘工艺。
②截齿的选用。采用的综掘机的截齿必须具备很好的耐磨性能，以提升截割速度，不至于过分损坏齿座。若综掘机切割能力无法达到岩石硬度的要求，则采取放震动炮等途径切割，同时通过相应的维护措施。
③综掘机选型。选择与煤岩强度及巷道断面相符的综掘机，体积必须符合要求，且结构紧凑；保证具备一定的截割功率及其正常运行，及时供应配件供应，便于维修等。综掘机装备还要与生产系统配套，使各工序装备之间能力匹配和有效衔接。
1.2 综合机械化掘进技术改造
为提高综掘速度，应广泛集成和吸收成熟的掘进技术，重点优化巷道截割、临时支护、开门准备合理长度与拐弯巷道施工工艺，以保证综掘机在爬坡、过断层等复杂地质条件掘进过程中快速推进，并尽力扩大使用范围。
①截割技术。按煤层顶底板岩性、煤岩层的硬度与比例，采用不同的切割顺序和施工方案，原则应有利于机器稳定、防止切落大块煤影响装运速度、按照先软后硬的顺序进行。顶板为砂质页岩、复合顶、软硬岩层互层条件，可采用圆弧拱型断面，沿底放顶的施工；顶底板为砂质页岩，较坚硬，可采取沿顶起底的施工，巷道采用切圆拱型断面；煤层顶板为坚硬砂岩，采取留顶起底的施工，巷道采用倒梯形断面。
②自行开门技术。为实现掘进工作面“零”爆破，工作面开门直接安装综掘机施工，机后跟40t溜子运输，达到100m时再安装皮带，取消传统先炮掘一段再安综掘机的施工方法（可节约时间近半月）。
③爬坡技术。巷道坡度大的，可进行技术改造，有的已实现26°上坡安全施工先例。
④过断层技术。结合钻探、物探、层位对比、临近煤层及巷道断层赋存等条件，分析断层对巷道掘进的影响，准确判断断层的位置及产状，采用提前挑顶、卧底的方式减少过断层岩石工程量，并搞好断层带应力集中区的支护设计。迎头过下压正断层时，采用后退卧底法，过上跳正断层时，采用后退割顶法，超高处补挂锚网进行支护，两盘结合处补打锚索加强支护。
⑤临时支护技术。利用综掘机液压系统的稳定性和停开机的闭锁装置，研制“悬臂式托梁器”作前探支护。这样可作为临时支护技术，缩短空顶时间，减轻职工劳动强度，更加安全、可靠、有效的起到对顶板预应力支撑，避免空顶作业现象和吊环式前探梁对截割器影响，缩短循环作业时间。
⑥综合防尘技术。运用掘进机快速撤除搬家技术，减少硐室施工和运输环节带来的隐患，提高效率和安全系数；运用大件专用运送车，降低职工劳动强度；自制小激光指向仪，确保巷道成型；可采用11kW振弦式除尘风机进行强制灭尘，并增加泡沫除尘剂提高除尘效果。建立专业除尘风机站，改造综掘机配置的喷雾头，采用增加环形喷头、空气净化帘等防尘设施和手段，降低粉尘浓度，使综掘机在切割过程中产生的大部分粉尘得到消除。
1.3 综掘机配套系统的改造与施工管理
1.3.1 配套系统改造
运用顺煤流皮带启动控制、卡轨车配底卸式矿车运输、水平煤仓配皮带及矿车运输、单轨吊及底皮带等辅助运输、快速延皮带技术，提高快速运输能力。运用拐弯皮带运输技术，实现大角度长距离拐弯连续掘进；采用小角度连续拐弯技术（最大26°），实现皮带机的弯曲连续运输，保证巷道连续生产，减少皮带机设备占用及安装程序，节省岗位工。综掘机皮带起高支撑架，避免因条件变化造成综掘机小皮带磨大皮带；改造皮带滚筒防跑偏装置，消除皮带跑偏；改造储带装置，使一次储存皮带达120m，减少皮带延长次数；改造主皮带机尾，使跟机皮带实现曲线运输；改进皮带固定，对绳式皮带进行分段固定（每隔100m），始终保持皮带的吊挂质量达标。
1.3.2 施工管理
为充分发挥综掘效能，实现安全快掘，可根据《煤矿安全规程》，制定必要的综掘技术管理规范。通过优化劳动组合，成立掘进准备维修专业化队伍，优化施工方式，在保证安全生产情况下尽量安排平行作业。通过加强设备保养管理、搞好安全技术培训、引入竞争激励机制、加大设备维修人员和操作人员的培训力度等方式，提高综掘机快速掘进管理水平，为实现深井复杂条件下综掘机快速掘进提供保障。
2 提高高应力巷道快速支护的措施
按照深部高应力巷道围岩变形机理，推广应用高强锚杆，针对巷道围岩变形特征，综合采用现代计算機数值模拟方法，提出解决深部巷道锚杆支护的关键技术，不断改进锚杆施工配套大功率机具，节省支护时间，提高支护速度和效果，避免前掘后修。多种措施齐推进，为复杂条件下深井巷道综合机械化快速掘进提供保障。
3 结束语
煤矿只有依靠科技，走集约化发展之路，大力推广深井巷道复杂地质条件下综掘成套技术，并加强应用研究，积极寻找适合于煤巷、半煤岩巷的综合机械化快速掘进成套工艺和技术，努力提高深井煤巷掘进速度，才能促进矿井整体安全、生产效率的提高。为此，有必要研究同类条件下采用综掘机掘进成套工艺，并对提高安全掘进水平进行有益的探索。
参考文献：
[1]冀贞文等.深井巷道围岩变形破坏规律及其控制技术[J].煤炭工程，2004.2.
[2]蔡美峰.岩石力学与工程[M].北京：科学出版社，2004.
[3]陈炎光等.中国煤矿巷道围岩控制[M].中国矿业大学出版社，1995.