煤巷快速掘進及超前臨時支護研究

1   引言
　　據統計，我國煤巷、半煤煤巷、煤巷的掘進量超過15000km/a，掘進速度和支護質量的要求越來越高。巷道掘進速度的快慢是煤礦實現礦井安全、高產、高效的關鍵環節，大多數煤礦存在采掘比例失調問題，為緩解巷道掘進引起的回采工作面接續緊張問題，新工藝、新技術、新裝備不斷涌現。機械化、自動化裝備應用于主巷道掘進中的掘、支、運等工序中，掘、支、運三位一體、平行作業是未來巷道掘進技術與裝備的發展趨勢。
　　2   煤巷快速掘進的影響因素
　　2.1   煤層巷道的地質條件
　　對煤巷進行掘進的時候，巷道條件是對其產生影響的最大因素。如若巷道巖層的硬度過高，便會造成其掘進作業難度更大，且在不斷掘進當中會對器械產生比較大的磨損，進而對煤巷快速掘進的效率產生重要影響。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條件。
　　2.2   掘進設備的技術性能
　　掘進設備的技術性能是對掘進速度產生影響的主要原因，現階段，我國的快速掘進設備和發達國家進行對比依然存在差距，這對快速掘進的速度產生巨大影響，特別是對于重型懸臂式掘進機的研究與開發上，我國依然缺少獨立技術，這是當前我國掘進設備的不足所在。
　　2.3   掘進支護的施工工藝
　　現階段的煤巷快速掘進中，許多作業都是在支護工藝的基礎上，進而對掘進機的效率產生了制約。現階段，我國最為明顯的問題主要是支護作業存在一定的滯后性，例如，對錨桿進行打眼的時候發生跑偏的現象，且對錨桿進行排列方面也是根據經驗，造成支護速度沒有辦法跟上掘進作業的速度。
　　3   煤巷快速掘進技術
　　3.1   光面爆破技術
　　我國在上世紀六十年代開始對預裂爆破和光面爆破進行試驗和推廣，到七十年代左右已經被廣泛應用于水利、地下建筑以及煤礦行業中。煤礦煤巷工程技術在有效統一的光面爆破技術與錨噴支護技術后已經比較完善。在保證施工質量及安全性、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用了光爆錨噴支護技術，并且體現了良好的應用效果，其優勢主要有三點：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，光爆錨噴施工的質量比較高，降低了圍巖松動、破壞以及位移發生的概率，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上講，就是利用裝藥構造的獨特性，選用科學的光爆參數以及起爆次序，使得實現了光滑、平整巖石壁面的開掘。
　　3.2   支護技術
　　實時支撐圍巖是在開挖煤巷后必須及時進行的作業內容，以此來避免出現巖石破碎冒落的情況發生。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，來改變圍巖力學的狀態，促使巷道周圍形成穩定的巖石帶，從而利用錨桿與圍巖的一起作用實現巷道的支護。與架棚支護相比，這種支護方式的優勢就比較明顯，比如可以降低通風阻力、適應能力強、工作安全、巷道變形情況少以及維護成本低等優點。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的過程中要結合其他的支護手段一起。錨噴支護是近些年來發展和應用較廣的一種支護方式，可以最大程度提升其經濟效益。
　　3.3   輸送系統技術
　　在以往的煤巷掘進技術中，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，會對掘進的速度產生非常嚴重的影響。因此，需要進一步優化輸送的方式，這是提升煤巷掘進技術的重要手段。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構，使得耗能會相對比較少。
　　4   臨時支護技術
　　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
　　對于國內煤礦錨網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，支護速度很慢導致頂板空頂時間長，對頂板初期位移抑制效果很小，容易發生冒頂片幫事故，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對頂板進行支護，頂板在掘進階段還會出現空頂的時段;②機載支架護頂時，截割頭和截割臂影響鉆孔注錨桿作業，占據大量作業空間，對施工極為不便，導致支護時間加長;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了液壓系統自動移動前進，降低了人工勞動強度，實現了臨時支護的機械自動化，也不影響巷道掘進的平行作業，在部分地質情況好的巷道取得了一定的效果，但是支架設計過于復雜，體型笨重龐大，巷道斷面適應性不強?？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性較差，發生局部冒落，支架移動困難。支架也沒有設置護幫機構，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，一旦發生故障對掘進速度產生嚴重影響。
　　5   結束語
　　煤巷快速掘進是一個復雜的系統工程，各個環節的安全高效快速都對掘進速度起著至關重要的作用，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，速度不能發生質的飛躍，但是局部細節的改造可以起到顯著效果。巷道斷面設計、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，科研人員應積極嘗試新的想法、新的思路，為快速掘進事業開辟新的路徑，任重而道遠。