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【摘 要】 随着科学技术的发展,结合我国煤矿岩巷掘进的现状,从而找到我国岩巷掘进技术与国外的差距。本文在总结我国煤矿岩巷安全高效掘进技术的基础上,根据目前国内外煤矿岩巷掘进技术的现状,就煤矿岩巷掘进技术未来的发展趋势提出了一些见解。并且针对我国煤矿掘进技术的努力方向做了简要的阐述。
【关键词】 岩巷掘进;现状;展望
在我国的经济发展过程中,煤炭是最重要的能源,它从煤层的分布上来看主要是地下储藏,所以地下开采是煤炭主要采用的方式。随着我国国民经济的发展以及煤矿采掘的机械化程度的不断提高,在一些国有大型煤矿的年产量已经有超过几百万吨级的超大型作业面,回采巷道的消耗数量增加的非常之快,这就表明煤矿高效节约化生产的关键因素就是巷道掘进技术。岩巷掘进的方法包括有钻爆法和综掘法两种方法。钻爆法就是钻孔爆破法,它是传统的巷道掘进方法。这种方法设备简单,所以不管是岩巷掘进,还是煤巷掘进,它都可以使用。并且对于各种不同形状以及不同断面尺寸的巷道这种方法都可以掘进。总之,不管对于有任何条件、任何要求的巷道我们都可以用钻爆法来完成。然而,这种方法的缺点就是工序多、速度慢、安全性差、机械化程度低、生产效率低以及工人劳动强度大等,并且还非常容易有超挖或者欠挖的情况发生。综掘法就是对巷道掘进采用综掘机的方法进行。综掘法是未来巷道掘进的发展方向,它相比钻爆法,具有程度高、生产效率高、劳动强度小、安全性好以及掘进速度快等优点。但是,综掘技术在目前还处于刚刚起步的阶段,由于综掘机的适应能力较差,所以它一般只能用于掘煤巷或软岩巷道,对于硬岩巷道只能采用传统的钻爆法掘进。这些对于掘进机在煤矿岩巷掘进中的使用都起到了极大的限制作用。
一、我国煤矿岩巷安全高效掘进技术现状
在我国,煤矿岩巷掘进目前大部分都是以钻爆法为主,岩巷悬臂式掘进机正在进行试验。主要有3种岩巷机械化作业线应用于国内实际施工中,一种是在我国应用较多的气腿式凿岩机配耙斗装岩机作业线,掘进速度一般为60~70m/月。第二种是在我国应用较少的全液压钻车配侧卸装岩机作业线。最后一种是正在国内部分煤矿试用的悬臂式掘进机配梭式矿车、带式输送机(综掘法)作业线。
1、气腿式凿岩机配耙斗装岩机作业线
这种施工作业工艺具有以下的特点:(1)它具有良好的工艺性,使用灵活并且不受断面大小影响,打眼、装岩2道工序大部分时间都能平行作业,还可多台钻机同时工作。(2)具有较高的生产效率。(3)它具有操作简单、可靠性高、价格较便宜以及初期投入小等优点。所以,这种工艺在一些中小型煤矿应用最广泛。但是,它也具有钻孔速度低、劳动强度大、人工成本高、工作环境差以及危险性高等缺点。
2、悬臂式掘进机配带式输送机和梭车作业线
综掘法就是这种施工作业工艺。这种方法具有掘进速度快、施工质量高、作业人员少、对围岩扰动小、自动化程度高、施工环境好、安全可靠以及配套性能好等优点。但是它也具有一下缺点:(1)截齿寿命低,使用成本高;(2)掘进岩巷岩石普氏系数小于8;(3)机重较重,体积大,不便于下井,也不适用于小于16平方米的断面;(4)对地质条件和围岩岩性适应能力较差。
3、液压钻车配侧卸装岩机作业线
该施工作业工艺的典型设备配置是CMJ17履带式全液压钻车配ZCD60R履带式侧卸装岩机,在岩巷掘进中创较好掘进水平。CMJ17履带式全液压钻车主要优点:(1)双臂凿岩,凿岩速度快,工作效率高,凿岩速度可达0.8-2.0m/min;(2)机身小、结构紧凑、机动灵活,可谓“短小精悍”;(3)动力单一化,噪声小,粉尘少,能量利用率高,可改善工作环境。ZCD60R履带式侧卸装岩机有以下优点:(1)装载功能强,生产率高;(2)全断面装载,清岩干净,不需要人工清理工作面岩石,实现工作面100%的装载机械化;(3)取代了钢丝绳耙斗装岩机,避免了钢丝绳摩擦引起的火花,能有效防止瓦斯爆炸、火灾等事故的发生。这种机械化配套作业线主要具有以下特点:(1)现场操作安全。(2)提高了掘进效率。(3)以前掘进主要靠打眼放炮,劳动强度很大,需要的工人也多,现在工人只需要操作机器即可,降低了劳动强度,提高了劳动效率。该作业线的缺点是临时支护困难,不易于操作和维修,不能发挥机械应有性能。
二、岩巷安全高效掘进技术展望
当前,即使是在采煤的发达国家,煤矿的绝大部分全岩巷道的施工仍采用钻爆法。由于综掘技术对地质条件和围岩岩性的适应性比较差,所以综掘技术的应用还是有很大的局限性的,在短期内大规模推广是不可能的。钻爆法仍然是我国未来相当长一段时间内最主要的岩石巷道掘进方法。但是,随着科技的不断发展,传统的钻爆法终究将被先进的综掘技术所取代。
1、在钻爆法方面
(1)基于新型液压钻车的深部大断面巷道深孔爆破配套技术及装备研究。深部大断面岩巷的快掘,深孔爆破时必然趋势,深孔掏槽技术和破岩机理的研究是关键,尤其是炮孔深度超过2.5m情况下,气腿式凿岩机已不适应安全高效掘进,全液压钻车将是钻爆法掘進的主要设备,尤其是研究钻支一体的新型液压钻车,以及基于新型液压钻车的深孔爆破技术和与之配套的排矸运输设备是钻爆法发展方向之一。
(2)大断面巷道精细爆破及周边定向断裂控制爆破机理研究。随着“节能减排”观念的深入人心,掘进断面和爆破药量不断加大,为减少围岩损伤,达到安全高效的目的,控制炸药能量释放的精细爆破及“绿色”爆破必将更大的发展。如果周边控制爆破专用药卷能够得到推广,岩巷钻爆法的安全高效快速掘进将变得更容易。
2、在综掘法方面
(1)基于深孔预裂松动爆破的全岩掘进机掘进工艺研究。由于全岩掘进机的破岩机理与钻爆法相比具有先天的优势,更有利于实现岩巷的安全高效快速掘进。随着全岩掘进装备的不断发展,我国的大断面岩巷掘进在不远的将来会出现综掘占主导的局面。现阶段在硬岩巷道施工中配合采用(超)深孔预裂松动爆破有利于实现大断面硬岩巷道的综合机械化掘进,将为破解现阶段硬岩中岩巷综掘机低效率难题另辟蹊径。
【关键词】 岩巷掘进;现状;展望
在我国的经济发展过程中,煤炭是最重要的能源,它从煤层的分布上来看主要是地下储藏,所以地下开采是煤炭主要采用的方式。随着我国国民经济的发展以及煤矿采掘的机械化程度的不断提高,在一些国有大型煤矿的年产量已经有超过几百万吨级的超大型作业面,回采巷道的消耗数量增加的非常之快,这就表明煤矿高效节约化生产的关键因素就是巷道掘进技术。岩巷掘进的方法包括有钻爆法和综掘法两种方法。钻爆法就是钻孔爆破法,它是传统的巷道掘进方法。这种方法设备简单,所以不管是岩巷掘进,还是煤巷掘进,它都可以使用。并且对于各种不同形状以及不同断面尺寸的巷道这种方法都可以掘进。总之,不管对于有任何条件、任何要求的巷道我们都可以用钻爆法来完成。然而,这种方法的缺点就是工序多、速度慢、安全性差、机械化程度低、生产效率低以及工人劳动强度大等,并且还非常容易有超挖或者欠挖的情况发生。综掘法就是对巷道掘进采用综掘机的方法进行。综掘法是未来巷道掘进的发展方向,它相比钻爆法,具有程度高、生产效率高、劳动强度小、安全性好以及掘进速度快等优点。但是,综掘技术在目前还处于刚刚起步的阶段,由于综掘机的适应能力较差,所以它一般只能用于掘煤巷或软岩巷道,对于硬岩巷道只能采用传统的钻爆法掘进。这些对于掘进机在煤矿岩巷掘进中的使用都起到了极大的限制作用。
一、我国煤矿岩巷安全高效掘进技术现状
在我国,煤矿岩巷掘进目前大部分都是以钻爆法为主,岩巷悬臂式掘进机正在进行试验。主要有3种岩巷机械化作业线应用于国内实际施工中,一种是在我国应用较多的气腿式凿岩机配耙斗装岩机作业线,掘进速度一般为60~70m/月。第二种是在我国应用较少的全液压钻车配侧卸装岩机作业线。最后一种是正在国内部分煤矿试用的悬臂式掘进机配梭式矿车、带式输送机(综掘法)作业线。
1、气腿式凿岩机配耙斗装岩机作业线
这种施工作业工艺具有以下的特点:(1)它具有良好的工艺性,使用灵活并且不受断面大小影响,打眼、装岩2道工序大部分时间都能平行作业,还可多台钻机同时工作。(2)具有较高的生产效率。(3)它具有操作简单、可靠性高、价格较便宜以及初期投入小等优点。所以,这种工艺在一些中小型煤矿应用最广泛。但是,它也具有钻孔速度低、劳动强度大、人工成本高、工作环境差以及危险性高等缺点。
2、悬臂式掘进机配带式输送机和梭车作业线
综掘法就是这种施工作业工艺。这种方法具有掘进速度快、施工质量高、作业人员少、对围岩扰动小、自动化程度高、施工环境好、安全可靠以及配套性能好等优点。但是它也具有一下缺点:(1)截齿寿命低,使用成本高;(2)掘进岩巷岩石普氏系数小于8;(3)机重较重,体积大,不便于下井,也不适用于小于16平方米的断面;(4)对地质条件和围岩岩性适应能力较差。
3、液压钻车配侧卸装岩机作业线
该施工作业工艺的典型设备配置是CMJ17履带式全液压钻车配ZCD60R履带式侧卸装岩机,在岩巷掘进中创较好掘进水平。CMJ17履带式全液压钻车主要优点:(1)双臂凿岩,凿岩速度快,工作效率高,凿岩速度可达0.8-2.0m/min;(2)机身小、结构紧凑、机动灵活,可谓“短小精悍”;(3)动力单一化,噪声小,粉尘少,能量利用率高,可改善工作环境。ZCD60R履带式侧卸装岩机有以下优点:(1)装载功能强,生产率高;(2)全断面装载,清岩干净,不需要人工清理工作面岩石,实现工作面100%的装载机械化;(3)取代了钢丝绳耙斗装岩机,避免了钢丝绳摩擦引起的火花,能有效防止瓦斯爆炸、火灾等事故的发生。这种机械化配套作业线主要具有以下特点:(1)现场操作安全。(2)提高了掘进效率。(3)以前掘进主要靠打眼放炮,劳动强度很大,需要的工人也多,现在工人只需要操作机器即可,降低了劳动强度,提高了劳动效率。该作业线的缺点是临时支护困难,不易于操作和维修,不能发挥机械应有性能。
二、岩巷安全高效掘进技术展望
当前,即使是在采煤的发达国家,煤矿的绝大部分全岩巷道的施工仍采用钻爆法。由于综掘技术对地质条件和围岩岩性的适应性比较差,所以综掘技术的应用还是有很大的局限性的,在短期内大规模推广是不可能的。钻爆法仍然是我国未来相当长一段时间内最主要的岩石巷道掘进方法。但是,随着科技的不断发展,传统的钻爆法终究将被先进的综掘技术所取代。
1、在钻爆法方面
(1)基于新型液压钻车的深部大断面巷道深孔爆破配套技术及装备研究。深部大断面岩巷的快掘,深孔爆破时必然趋势,深孔掏槽技术和破岩机理的研究是关键,尤其是炮孔深度超过2.5m情况下,气腿式凿岩机已不适应安全高效掘进,全液压钻车将是钻爆法掘進的主要设备,尤其是研究钻支一体的新型液压钻车,以及基于新型液压钻车的深孔爆破技术和与之配套的排矸运输设备是钻爆法发展方向之一。
(2)大断面巷道精细爆破及周边定向断裂控制爆破机理研究。随着“节能减排”观念的深入人心,掘进断面和爆破药量不断加大,为减少围岩损伤,达到安全高效的目的,控制炸药能量释放的精细爆破及“绿色”爆破必将更大的发展。如果周边控制爆破专用药卷能够得到推广,岩巷钻爆法的安全高效快速掘进将变得更容易。
2、在综掘法方面
(1)基于深孔预裂松动爆破的全岩掘进机掘进工艺研究。由于全岩掘进机的破岩机理与钻爆法相比具有先天的优势,更有利于实现岩巷的安全高效快速掘进。随着全岩掘进装备的不断发展,我国的大断面岩巷掘进在不远的将来会出现综掘占主导的局面。现阶段在硬岩巷道施工中配合采用(超)深孔预裂松动爆破有利于实现大断面硬岩巷道的综合机械化掘进,将为破解现阶段硬岩中岩巷综掘机低效率难题另辟蹊径。