煤巷快速掘進及超前臨時支護研究

1   引言
　　據(jù)統(tǒng)計，我國煤巷、半煤煤巷、煤巷的掘進量超過15000km/a，掘進速度和支護質(zhì)量的要求越來越高。巷道掘進速度的快慢是煤礦實現(xiàn)礦井安全、高產(chǎn)、高效的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，大多數(shù)煤礦存在采掘比例失調(diào)問題，為緩解巷道掘進引起的回采工作面接續(xù)緊張問題，新工藝、新技術(shù)、新裝備不斷涌現(xiàn)。機械化、自動化裝備應(yīng)用于主巷道掘進中的掘、支、運等工序中，掘、支、運三位一體、平行作業(yè)是未來巷道掘進技術(shù)與裝備的發(fā)展趨勢。
　　2   煤巷快速掘進的影響因素
　　2.1   煤層巷道的地質(zhì)條件
　　對煤巷進行掘進的時候，巷道條件是對其產(chǎn)生影響的最大因素。如若巷道巖層的硬度過高，便會造成其掘進作業(yè)難度更大，且在不斷掘進當中會對器械產(chǎn)生比較大的磨損，進而對煤巷快速掘進的效率產(chǎn)生重要影響。除此之外，巖層的實際滲水情況與瓦斯等，都是巷道的實際地質(zhì)條件。
　　2.2   掘進設(shè)備的技術(shù)性能
　　掘進設(shè)備的技術(shù)性能是對掘進速度產(chǎn)生影響的主要原因，現(xiàn)階段，我國的快速掘進設(shè)備和發(fā)達國家進行對比依然存在差距，這對快速掘進的速度產(chǎn)生巨大影響，特別是對于重型懸臂式掘進機的研究與開發(fā)上，我國依然缺少獨立技術(shù)，這是當前我國掘進設(shè)備的不足所在。
　　2.3   掘進支護的施工工藝
　　現(xiàn)階段的煤巷快速掘進中，許多作業(yè)都是在支護工藝的基礎(chǔ)上，進而對掘進機的效率產(chǎn)生了制約。現(xiàn)階段，我國最為明顯的問題主要是支護作業(yè)存在一定的滯后性，例如，對錨桿進行打眼的時候發(fā)生跑偏的現(xiàn)象，且對錨桿進行排列方面也是根據(jù)經(jīng)驗，造成支護速度沒有辦法跟上掘進作業(yè)的速度。
　　3   煤巷快速掘進技術(shù)
　　3.1   光面爆破技術(shù)
　　我國在上世紀六十年代開始對預(yù)裂爆破和光面爆破進行試驗和推廣，到七十年代左右已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于水利、地下建筑以及煤礦行業(yè)中。煤礦煤巷工程技術(shù)在有效統(tǒng)一的光面爆破技術(shù)與錨噴支護技術(shù)后已經(jīng)比較完善。在保證施工質(zhì)量及安全性、提升掘進速度、降低體力消耗和減少材料消耗上，都獲得了比較理想經(jīng)濟效益與社會效益。近年來，我國在地下與煤礦工程中廣泛應(yīng)用了光爆錨噴支護技術(shù)，并且體現(xiàn)了良好的應(yīng)用效果，其優(yōu)勢主要有三點：首先，效率得到了提升，便于機械化的開展，有效降低了人工勞動的成本;其次，光爆錨噴施工的質(zhì)量比較高，降低了圍巖松動、破壞以及位移發(fā)生的概率，進一步提升了安全性;最后，大幅度降低了成本的損耗。光面爆破其實從本質(zhì)上講，就是利用裝藥構(gòu)造的獨特性，選用科學(xué)的光爆參數(shù)以及起爆次序，使得實現(xiàn)了光滑、平整巖石壁面的開掘。
　　3.2   支護技術(shù)
　　實時支撐圍巖是在開挖煤巷后必須及時進行的作業(yè)內(nèi)容，以此來避免出現(xiàn)巖石破碎冒落的情況發(fā)生。目前，我國在煤礦施工主要采用的是錨桿支護，其主要是利用錨入圍巖的錨桿，來改變圍巖力學(xué)的狀態(tài)，促使巷道周圍形成穩(wěn)定的巖石帶，從而利用錨桿與圍巖的一起作用實現(xiàn)巷道的支護。與架棚支護相比，這種支護方式的優(yōu)勢就比較明顯，比如可以降低通風阻力、適應(yīng)能力強、工作安全、巷道變形情況少以及維護成本低等優(yōu)點。但是，同樣這種支護方式也存在著一些不足，如不能有效預(yù)防圍巖的風化、不能避免錨桿之間裂隙巖石的剝落。所以，在使用這種支護技術(shù)的過程中要結(jié)合其他的支護手段一起。錨噴支護是近些年來發(fā)展和應(yīng)用較廣的一種支護方式，可以最大程度提升其經(jīng)濟效益。
　　3.3   輸送系統(tǒng)技術(shù)
　　在以往的煤巷掘進技術(shù)中，絞車、電瓶車以及耙裝機是常見的輸送方式。這種輸送的手段不僅無法最大程度提升輸送的效率，還會在輸送中存在眾多安全問題，會對掘進的速度產(chǎn)生非常嚴重的影響。因此，需要進一步優(yōu)化輸送的方式，這是提升煤巷掘進技術(shù)的重要手段。利用膠帶輸送機就可以有效解決上述問題，其優(yōu)勢主要有：其由于自動化集中控制手段使得維護和操作起來比較方便，輸送成本也得到了降低、并且提升了煤巷掘進管理的安全性以及減少了人工勞動的強度，同時這種輸送方式還具有緊湊的結(jié)構(gòu)，使得耗能會相對比較少。
　　4   臨時支護技術(shù)
　　目前，超前臨時支護主要有3種形式：①前探梁、帶帽點柱臨時支護;②機載臨時支架支護;③自移式邁步支架支護。
　　4.1   簡易臨時支護
　　對于國內(nèi)煤礦錨網(wǎng)索支護巷道一般采用帶帽（或木板）加木點柱或液壓單體柱，支撐在頂部下方作為臨時支護。架棚支護一般采用前探梁作為超前臨時支護，前探梁一般為工字鋼或π梁或鋼管，并用圓鋼掛鉤固定，每根前探梁懸掛點一般為3處，再用木楔楔實吃勁。這種簡易的超前臨時支護方式對頂板支撐力很小，頂板適應(yīng)性也不好，支護面積小，工序均為手工操作，勞動強度大，費時費力，支護速度很慢導(dǎo)致頂板空頂時間長，對頂板初期位移抑制效果很小，容易發(fā)生冒頂片幫事故，安全性差，不能滿足掘進機快速掘進的要求，加劇采掘失調(diào)的被動局面。
　　4.2   各種機載臨時支架支護
　　以懸臂掘進機為平臺，加設(shè)支架。機載支架雖然在支護速度上相對前探梁快，但還存在缺陷：①掘進機截割和移動時不能使用支護機構(gòu)對頂板進行支護，頂板在掘進階段還會出現(xiàn)空頂?shù)臅r段;②機載支架護頂時，截割頭和截割臂影響鉆孔注錨桿作業(yè)，占據(jù)大量作業(yè)空間，對施工極為不便，導(dǎo)致支護時間加長;③護頂范圍非常有限，對破碎頂板的支護效果微小;④對巷道片幫沒有臨時支護，容易發(fā)生片幫塌落，存在安全隱患，一定程度上影響掘進速度。
　　4.3   自移式邁步支架支護
　　自移式邁步支架雖然實現(xiàn)了液壓系統(tǒng)自動移動前進，降低了人工勞動強度，實現(xiàn)了臨時支護的機械自動化，也不影響巷道掘進的平行作業(yè)，在部分地質(zhì)情況好的巷道取得了一定的效果，但是支架設(shè)計過于復(fù)雜，體型笨重龐大，巷道斷面適應(yīng)性不強?？臻g有限情況下自移不方便，有時成為影響掘進速度的重要障礙，對煤層起伏較大的巷道頂板適應(yīng)性較差，發(fā)生局部冒落，支架移動困難。支架也沒有設(shè)置護幫機構(gòu)，對巷道兩幫變形不能及時支護。這些都成為影響煤巷道快速掘進的潛在因素，一旦發(fā)生故障對掘進速度產(chǎn)生嚴重影響。
　　5   結(jié)束語
　　煤巷快速掘進是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，各個環(huán)節(jié)的安全高效快速都對掘進速度起著至關(guān)重要的作用，目前懸臂式掘進機配套錨桿鉆機的掘進工藝機械化程度不高，速度不能發(fā)生質(zhì)的飛躍，但是局部細節(jié)的改造可以起到顯著效果。巷道斷面設(shè)計、掘進機的局部改造、支護鉆架、掘錨護一體機、臨時支護挑架都是可以提高掘進速度的方式，科研人員應(yīng)積極嘗試新的想法、新的思路，為快速掘進事業(yè)開辟新的路徑，任重而道遠。