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pc28棰勬祴鍔犳嬁澶х簿鍑嗛娴?煤礦巷道掘進技術現狀及發展

發布日期:2020-01-31  瀏覽次數:426
 摘 要:眾所周知,巷道掘進是礦開采的重要環節。因此,巷道掘進技術在煤礦生產中就顯得十分重要。通過對我國目前掘進技術、掘進設備的技術特點分析,探討了要加強相關技術人員的專業素養,以提高礦井的掘進技術水平。

28加拿大 www.bdqfv.com 關鍵詞:掘進技術;礦山巷道;掘進技術 
我國的自然資源構成基本特點是富煤、貧油、少氣,這就決定了煤炭在一次能源中的地位。我國煤炭資源總量為5.6萬億噸,其中已探明儲量1萬億噸,占世界總儲量的11.60%。我國煤層賦存條件復雜,呈現多樣性,煤層厚度從零點幾米到幾十米之間變化,為了開采煤炭,需要開掘大量的煤巖巷道。掘進和回采是煤礦生產的重要生產環節,采掘技術及其裝備水平直接關系到煤礦生產的能力和安全。高效機械化掘進與支護技術是保證礦井實現高產高效的必要條件,也是巷道掘進技術的發展方向。
1巷道掘進技術
20世紀80年代以來,我國對礦井設計進行了改革,取消了巖石集中巷布置方式,將開拓巷道和采準巷道布置在煤層中,增加了煤巷在井巷工程中的比例。目前,煤礦掘進巷道中大量的是煤巷,約占總掘進巷道工程量的70%左右。
我國煤巷高效掘進方式主要有三種:第一種是懸臂式掘進機與單體錨桿鉆機配套作業線,也稱為煤巷綜合機械化掘進,在我國國有重點煤礦得到了廣泛應用,主要掘進機械為懸臂式掘進機,它適應范圍廣;第二種是連續采煤機與錨桿鉆車配套作業線,在我國神東、萬利等礦區及鄂爾多斯地區進行了推廣應用,主要掘進機械為連續采煤機,它需要多巷掘進,交叉換位施工;第三種是掘錨機組掘錨一體化掘進,僅在一些礦區進行了使用,目前處于試驗階段。
1.1煤巷綜合機械化掘進
煤巷綜合機械化掘進由懸臂式掘進機、轉載機、可伸縮帶式輸送機(或刮板輸送機)、單體錨桿鉆機、通風除塵設備及供電系統等設備組成。懸臂式掘進機是煤巷綜合機械化掘進的關鍵設備,掘進機的性能對于提高掘進工效和掘進進尺具有重要作用。
我國煤巷懸臂式掘進機的研制和應用始于20世紀60年代,以30~50kW的小功率掘進機為主,研究開發和生產使用都處于試驗階段。80年代初期,為適應煤礦機械化生產發展的需要,我國引進了AM50型、S-100型掘進機兩種為代表的機型,對發展我國綜掘機械化起到了推動作用。同時,國內加強對引進機型的消化吸收工作,積極研制開發了適合我國地質條件和生產工藝的綜合機械化掘進裝備。經過近30年的消化吸收和自主研發,目前,我國已形成年產1000余臺的掘進機加工制造能力,研制生產了20多種型號的掘進機,初步形成系列化產品,基本能夠滿足國內市場的需求。
AM50型、S-100型掘進機均為國外20世紀70年代的產品,設備功率小、機重輕、破巖能力低及可靠性差,僅適合在條件較好的煤巷中使用。近年來,我國相繼開發了以EBJ-120TP型掘進機為代表的替代機型,在整體技術性能方面達到了國際先進水平,正在推廣應用。
我國研制的新一代煤巷掘進機具有以下技術特點:
1)整機結構緊湊、設計合理;
2)機身矮、重心低、工作穩定性好;
3)生產能力大、破巖能力強、適應性好;
4)采用液壓馬達直接驅動裝載機構,結構簡單,工作穩定,可靠性高,減少了維護量;
5)采用無支重輪履帶行走機構和履帶導向輪黃油缸張緊裝置,提高了履帶行走機構的可靠性;
6) 液壓系統簡單可靠,增設了自動加油裝置,提高了液壓系統的可靠性;
7) 電氣系統采用了PLC控制,具有工礦檢測和故障診斷功能。 
近幾年,國產掘進機在煤巷掘進中取得了較好的成績,實際年進尺可達6000~8 000m,基本滿足了煤巷高效掘進的需要。2004年潞安礦業集團常村煤礦綜掘一隊采用 EBJ-120TP型掘進機,在大斷面煤巷掘進中創月進680m的好成績。2005年峰集團寸草塔煤礦使用EBJ-120TP型掘進機,最高日進尺為72m,月進尺905m。2005年鄂爾多斯宏景塔礦使用EBJ-120TP型掘進機,日進尺達到了40m。
懸臂式掘進機在我國重點煤礦已普遍使用,發揮了重要作用。但由于是單巷掘進,且采用單體錨桿進行錨桿支護,掘進和支護不能平行作業,影響了掘進速度的進一步提高。
1.2大斷面煤巷連續采煤機高效掘進
連續采煤機是一種具有較大截割寬度的集落煤、裝運及行走為一體的綜合機械化掘采設備,在國外廣泛應用于矩形斷面的雙巷或多巷快速掘進,以及短壁開采,已成為現代高產高效礦井的重要設備。我國引進連續采煤機始于1979年,迄今為止大體經歷了單機和成套設備引進兩個階段。目前,我國神東公司、晉城煤業、萬利公司、晉神公司、魯能集團、伊東公司及伊泰公司等礦區使用連續采煤機近60余臺,用于大斷面煤巷的掘進和短壁開采。
連續采煤機掘進工作面設備配置按工作面運輸方式一般分為兩種:一種是間斷式運輸方式,工作面配置為連續采煤機、運煤車或梭車、給料破碎機、錨桿鉆車、鏟車及膠帶輸送機;另一種是連續運輸方式,工作面配置為連續采煤機、錨桿鉆車、連續運輸系統、鏟車及膠帶輸送機。連續采煤機在大斷面煤巷掘進時,連續采煤機與錨桿鉆車采用交叉換位作業方式。連續采煤機在運輸巷道掘進的同時,錨桿鉆車正在回風巷道進行錨桿支護作業,當連續采煤機完成一個掘進循環時,與錨桿鉆車交換位置。為滿足機器調動和運輸的要求,兩條巷道之間每隔50m掘一條聯絡巷。
2巷道掘進影響因素
  巷道掘進是一個系統工程,影響因素較多,該系統中包含人(施工者和管理者)、技術裝備、生產技術以及管理、安全、技術革新的影響等諸多因素所構成的綜合復雜體系。現將其歸納以下三個主要方面:①人的因素(施工人員的基本素質和管理組織形式);②施工機械設備及生產技術因素;③施工工作地點安全因素(即環境因素)。三者之間如“木桶理論”一樣,任何一個環節的欠缺都會影響到整個掘進施工的進度。下面就制約巷道快速掘進諸因素探討分析。
2.1人的因素
2.1.1施工人員的素質培養
  一項工程如果沒有人的參與,其永遠不可能實現。無論是全自動機械化作業還是全人工原始施工,施工人員是關鍵因素,在施工過程中起積極能動作用,超過其他任何因素,其具體包括以下兩點。
2.1.1.1勞動者的素質
勞動者的素質主要包括受教育程度、技術熟練程度、勞動者的生產積極性、安全教育等幾個方面。影響地下礦山井巷掘進的因素很多,比如操作人員沒有按照規程作業,操作人員文化水平比較低,對生產工藝不熟悉,對生產設備的性能了解不夠,操作不熟練等等。因此,在施工前和勞動過程中,加大對工人的技能培訓尤為重要,勞動者的勞動技能獲得改善,可極大提高工作效率。
  在新工藝施工前,要對職工進行技術培訓,使工人盡快掌握每一道工序及要求,這樣才能保證此施工工藝順利進行。
  在掘進施工中,在人員配備上做到工種齊全、分工明確、密切配合,各工程銜接緊密,有效地利用工時,提高工效、提高工人素質,培養出盡可能多的多面手,只有這樣才能使其掘進效率保持較高的水平。
2.1.1.2管理者的能力
管理者,特別是基層直接管理者的技術水平、組織能力、管理能力、培訓能力等方面在施工組織中尤為重要。施工過程中,作業規程編制及技術交底質量差,對生產的指導性不強;安全規程不完善,現場管理不到位或制定的管理制度未認真貫徹;技術人員業務素質低,巷道掘進設計不合理,生產工藝不完善,支護設計不合理等都會給生產造成隱患,從而影響施工的順利進行。
2.1.2管理組織形式
2.1.2.1基本管理制度
  健全和堅持以崗位責任制為中心的各項管理制度,是施工技術措施、施工設備和施工組織得以順利實施的保證,是加快施工速度、降低生產成本、保證施工質量和安全的基礎。
2.1.2.2合理的施工方法
對于巷道掘進,采取一次性開挖成型或多次開挖成型方式,根據圍巖情況進行超前支護或初期支護,必要地段加強支護,以保證安全。
  在支護過程中,改善施工工藝,如采用濕噴工藝、發揮圍巖自承能力的錨桿支護等,既減少工人勞動強度,又改善施工環境。
2.1.2.3科學的施工組織
科學地施工組織要求作到以下幾點:①確定每個工序作業時間和循環時間,盡量壓縮關鍵線路上關鍵工序外時間;②多工序平行作業;③編制合理高效的循環圖表,優化勞動組織;④合理選擇施工作業方式和循環方式;⑤確定循環合理的循環進尺。
2.2施工機械設備及生產技術因素
2.2.1機械設備
  鉆眼、爆破與裝運是巷道施工中主要工序,而鉆眼與裝運設備的合理選擇及使用將直接決定巷道掘進速度。
2.2.1.1鉆眼 
  當前巷道掘進普遍使用的仍是氣腿鑿巖機(如7655型、YT-28型、YTP26型等),由于氣腿鑿巖機輸出功率小,鉆速低,所鉆炮孔深度淺,要想提高工作面鉆孔速度,就得多機作業,但掘進工效仍無法提高。我國部分工程項目已采用單臂、雙臂或三臂鑿巖臺車進行施工,但就我國鑿巖設備使用及更新程度來說,大部分仍停留在第一、第二代水平,即氣腿鑿巖機或半液壓鑿巖臺車水平。而國外在大斷面巷道中已基本采用盾構機或TBM掘進機,小斷面內均采用鑿巖臺車,使得鉆孔時由換釬、定位、開孔鉆孔、返釬均全部自動化控制。另外,60年代美國第一臺直徑3.1m的全斷面掘進機試驗成功(頁巖中月進尺達到2087.6m),給巷道掘進帶來新的革命。又經近50年來不斷研究,從技術角度出發,它已能在任何巖石中鉆進。由于全斷面掘進機掘進速度快,成本低,工效高,巷道掘進質量好,又安全可靠,所以,其勢必將取代其他鑿巖設備。
2.2.1.2裝運
  裝巖工序在平巷掘進中占整個循環時間的30%~50%,當前,國內已基本實現機械化作業。從50年代到現在,我國工程施工中裝運機械共進行了四個階段的更新,在裝巖上總的趨勢是從效率低的裝載設備為主的間斷出碴設備配套,向高效率連續出碴設備配套發展,即采用連續作業的蟹爪式或立爪式裝載機與皮帶轉載機和礦車配套,或采用的無軌鏟運機出碴或與大噸位自卸汽車配套出碴,其可把掘進工效提高1~2倍,采準時間縮短75%~80%。
2.2.2生產技術
  根據我國井巷掘進當前施工水平,廣泛采用的仍是鉆爆法施工,而支護方式基本為錨噴支護。該方法在施工速度、安全質量、勞動強度、生產成本方面均優于傳統的架棚支護和砌碹支護方式。但施工中仍存在一些問題,如由于巷道成形欠佳造成網、噴質量差,錨桿安裝質量不好等,對于圍巖較差地段不但會存在安全隱患,而且還會制約井巷掘進進度。
2.2.2.1改進光爆技術,加強巷道成形
  當前巷道爆破均采用光面爆破,而大多為淺孔爆破,為提高進尺,可從加大孔深和孔徑入手,并且經多年實踐,中深孔(5m)爆破也是可行的。同時,為加強巷道成型,由于加大孔徑而減少的擴炮孔數量可轉移至周邊,即增加周邊眼數量,保證光爆效果。而且,增加孔深和炮眼數可以提高臺車的純鉆眼時間,充分發揮高效設備的利用率。
2.2.2.2合理選擇錨桿,提高安裝質量
  錨桿是否發揮作用,最關鍵是選型是否正確及安裝規范與否。不同圍巖需選用合理的錨桿,如砂漿錨桿、樹脂錨桿、中空注漿錨桿及預應力錨索、對穿頂應力錨索等。錨桿安裝角度、錨墊板是否貼緊巖面及注漿是否飽滿,都將直接影響錨固質量。
2.2.2.3選用合格材料,保證網噴質量
  金屬網主要增加噴混凝土的抗彎強度和韌性,但其安裝時必須緊貼巖面。選用合格的噴漿料生產混凝土,并選擇濕噴工藝,不但可提高噴漿效果,減少回彈率,還可改善工作環境。
3施工地點安全(環境因素)
3.1自然因素
地下突水、瓦斯、高地溫及高壓力圍巖變形等自然災害將直接危害巷道施工安全,其在施工中可借助相關設備(如地質雷達、紅外線設備等)進行監測,采取必要措施達到安全條件,但其勢必影響施工進度。
3.2人為因素
平巷掘進,基本為獨頭施工,掌子面空間狹小,人員、機械較多,空氣質量差,特別是鉆眼和出碴時。對此必須加強通風,保證空氣質量及能見度,減少安全隱患。
人在施工中的隨意性,是最不安全因素。在保證個人施工能力及操作規范性同時,安排合理工作時間、保持施工人員的良好施工狀態,也是安全施工必備條件。
4結束語
鑿巖爆破方面,在中小型礦山進一步推廣半液壓鑿巖臺車,在先進的大型礦山,特別是新建礦山引進推廣先進的全液壓鑿巖設備,在長巷道獨頭掘進中,研制和推廣鑿巖裝載聯合設備,同時,進行小直徑全斷面掘進機的引進和應用。
出碴方面,采用效率較高的裝載設備,比如蟹爪式和耙斗式裝載機,大力推廣梭式礦車,長巷道獨頭掘進盡量搭接使用,采準巷道多頭掘進時,采用鏟運機出碴。
加強平巷施工組織和管理工作。平巷施工要達到快速、優質、低耗和安全的要求,除合理地選擇先進技術和設備配套外,還要正確選擇作業方式,采用行之有效的施工組織與科學的管理方法。作為科研項目,重點研究全斷面掘進機,因為其勢必將成為主流的破巖設備。
參考文獻
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