煤矿快速掘进超前支护影响因素及提升措施分析

王龙峰

(焦作煤业集团赵固(新乡)能源有限责任公司，河南 新乡 453600)

0 引言

从目前我国煤矿快速掘进来看，悬臂式掘进仍旧是主要的掘进方式，从掘进情况来看，整体较为灵活，适应性也相对较强，在单巷掘进中应用较好，但是也存在明显的掘进和支护不能满足实际需求的问题，特别是在超前支护过程中，随着巷道埋深的不断提升，巷道地质条件的不断复杂化，很多超前支护措施也表现出较强的不适应性。因此，对煤矿快速掘进超前支护影响因素及提升措施进行分析有着较为重要的意义。

1 主要影响因素及存在的问题

从目前我国巷道快速掘进超前支护来看，在掘进过程中，选择使用悬臂式掘进机配套单体锚杆钻机的快速掘进方式方法较多，整个技术工艺较为简单，掘进和支护工作相互配合提升，同时，系统涉及到掘进、支护、供电、供水及材料运输等各个环节，整体属于一个较为复杂的系统工程，人员、设备及技术工艺均会对整个过程产生较大的影响。从生产实际来看，在快速掘进超前支护的过程中，支护环节所占的时间超过了每个循环的1/2，掘进时间在1/4左右，准备时间和机械故障维护时间在1/5左右。因此，在快速掘进过程中，对整个工艺有较大影响的因素主要有掘进和支护。从具体工艺的使用来看，锚杆钻机的整体性能已经较为可靠，钻孔效率已经达到了瓶颈期，但是从具体掘进来看，其中仍旧存在一些问题，主要表现在以下几个方面。

1)国内巷道仍旧多数采用的是拱形巷道和矩形巷道。掘进机在将断面掘进成设计断面时，很多情况下，不能达到一次成型的效果。一般情况下，须将设计断面分为一个部分进行掘进。掘进机根据①—⑥的顺序开展掘进施工，在将左半部分涉及的①—③环节掘进完成后，掘进机后退到④断面的位置，机身整体向右移动，完成剩余的④—⑥环节的施工，然后再退出一定的距离，为后续的支护施工提供一定的空间，在超前支护完成后，实现整个作业循环的有效完成。从具体的掘进情况来看，不论是掘进机前进还是后退，均会影响到快速掘进速度，特别是在铲煤的过程中，铲板设计不科学均会导致掘进机需要左右摆动铲煤的问题，这也是影响快速掘进时间的重要因素。巷道快速掘进掘一锚二施工如图1所示。

图1 巷道快速掘进掘一锚二施工示意图

2)在巷道掘进过程中，现场降尘作业整体效果较差，特别是整体的能见度相对较低，对掘进机司机的视野带来的负面影响明显，影响整个掘进效果。虽然很多煤矿在快速掘进过程中选择使用了喷雾降尘措施，但是现场使用效果不佳，并没有达到有效降尘的目的。

3)随着地质条件的不同，在快速掘进超前支护过程中，面临的煤层完整性和硬度有着较大的不同，但是从具体的掘进来看，掘进方式之间的差异性较小，均选择使用悬臂式掘进机，这就导致在工作过程中，对掘进机的使用较为单一，也在一定程度上导致很多煤矿将精力放置到如何增强锚杆钻机效率和掘进机掘进功率上，但从实际工作情况来看，这些因素往往较为有限，在达到一定程度之后，提升空间相对较小。

4)从快速掘进超前支护来看，现场施工人员配置情况和空间整体布局情况会直接影响快速掘进超前支护的效果。在施工过程中，并非现场布置人员越多越好，需要在空间和时间上实现科学合理的布局，才能提升快速掘进超前支护效果。同时，在现场施工过程中，现场管理人员、施工人员的整体能力和素质水平也会影响到掘进速度，由于现场人员整体素质能力参差不齐，均对快速掘进超前支护施工带来较大影响。

2 提升煤矿快速掘进超前支护效果的措施

2.1 对快速掘进超前支护机械设备进行优化升级

从目前我国快速掘进超前支护来看，由于选择使用的悬臂式掘进机和单体锚杆钻机配合使用较多，根据使用过程中出现的问题和不足，提升快速掘进超前支护实效可以在掘进过程中有效压缩掘进机后退和左右移动的时间，从而为提升掘进速度增多机会。将EBZ16A型悬臂式掘进机作为具体分析对象，在掘进机机身保持不动的情况下，截割臂在切割过程中，最大范围如图2(a)所示，主视图如图2(b)所示。

(a) (b)

在对巷道断面进行设计或者选择使用具体机型时，应当选择掘进断面一次成型的方式，防止履带式掘进机出现多次后退、左右移动的问题，特别是降低二次掘进给整个巷道顶板产生的多次扰动问题，增强顶板工作的稳定性。技术人员在对巷道断面进行设计时，不能局限设计为拱形或者矩形，可以设计为四段微弧拱形的方式。此外，掘进过程中，针对铲板存在的设计短板，为了提升掘进机拾煤效果，技术人员可以将铲板设计为朝着巷道两侧伸缩的结构，防止掘进过程中出现遗漏煤渣的问题，为整个后续支护施工提供充足的作业空间，增强掘进工作的整体速度，更好地保证超前支护的安全性。

2.2 采取高质量的现场降尘措施

针对目前快速掘进超前支护中存在的降尘问题，可选择使用刀头喷水的方式，或者将刀头进行封闭，将整个截割面全部封闭起来，主要作用是有效隔绝巷道和煤尘，使掘进机司机有一个更为舒适便利的工作环境，进一步提升掘进整体的速度和质量。

2.3 采用多元化掘进方式

随着煤矿开采深度的不断增加，快速掘进超前支护也有着较大的不同，因此，不能选择单一的快速掘进超前支护方式，特别是不能将支护局限在使用悬臂式掘进机上。若掘进的是煤巷，对于硬煤和软媒应当有一定的区别。软媒情况下，所需的掘进功率相对较小，选择使用的截割臂应当小型化，对于支架钻杆应当选择使用移动式支护钻杆，从而达到快速掘进超前支护的效果。若为硬煤，可选择使用掘锚护一体机，降低人工作业时间，若仍旧选择使用当前掘进机，应当增加简易框架临时结构。钻机采用悬挂定位新技术。支护钻架采用重叠盾构的设计，对掘进机和支架存在干涉的地方可以转换思路为利用干涉，例如将支架作为掘进机截割断面的轮廓限制，也可利用截割臂设计临时挑架，作为施工人员的临时防护结构。此外，还应当提升现场支护人员的管理实效，更好地提升现场施工人员的工作效果。

3 结语

巷道快速掘进属于较为复杂的系统，全面提升各个环节的安全高效水平直接影响整个煤矿的掘进和支护效果。因此，需要高度重视快速掘进超前支护技术，充分结合煤矿掘进地质的实际条件，加大技术投入力度，因矿施策、因巷施策，更好地保证煤矿掘进的安全性。