煤矿高效掘进技术现状与发展趋势探讨

袁猛，崔东伟

（1.山东能源集团枣庄矿业（集团）付村煤业有限公司，山东 济宁 272000；2.山东能源集团枣庄矿业（集团）柴里煤矿，山东 枣庄 277000）

目前，借助高效掘进技术进行煤矿的开采工作已经成为煤矿开采行业的重要技术手段，在得到广泛应用的同时，也在实际的煤矿开采工作中取得了一定的成效。但从实际的煤矿高效掘进技术应用层面来看，仍然存在众多不足之处，需要相关人员进行深入的探索和分析。基于此，本文通过具体的案例介绍，分析现阶段我国煤矿高效掘进技术的现状，并展望了其未来的发展趋势，希望能够为煤矿开采行业应用高效掘进技术提供参考。

1 工程案例

1.1 案例概况

枣庄矿业（集团）付村煤矿当前阶段主采3下煤层，上覆3上煤层，层间距平均约5.98m，属近距离煤层，层间岩性主要为泥岩与粉砂岩。3下1008工作面运输巷沿上覆小煤柱内错布置，平面间距为19.1m；材料巷沿上覆小煤柱5.1m外错布置。3下1008工作面两巷掘进期间，巷道围岩稳定性较好，未见明显矿压显现；3下1008工作面回采时，回采巷道围岩变形破坏剧烈，具体表现为超前工作面120m范围内巷道顶板下沉严重，煤壁片帮，出现底鼓与大量锚杆（索）破断现象；同时，该工作面断层发育，受断层影响巷道层理紊乱，下伏煤层顶板岩层裂隙发育，完整性较差，若采用被动架棚支护，易发生采空区漏风自燃及瓦斯等灾害，对巷道围岩稳定控制及安全生产造成不利影响，且传统锚杆支护理论很难进行科学合理的支护设计。此外，在3下1008工作面回采结束后（2022年4月30日），为满足矿井生产接续，需沿3下1008采空区掘进3下1009运输巷，预计留设4.5m沿空小煤柱护巷；因此，针对付村煤矿极近距离煤层开采，需解决两个科学问题：（1）极近距离煤层下伏采动敏感型巷道围岩变形失稳机理；（2）沿空掘巷围岩稳定性控制对策。其掘进工作面布局如图1所示。

图1 掘进工作面布局

1.2 煤矿掘进作业流程

该煤矿掘进工作主要是由掘进机、转载机、运输机等众多设备构成，其中，最关键的设备为悬臂式掘进机。其具体掘进作业流程如下所示。

（1）施工前的准备作业。在进入掘进工作面后，需要对涉及的设备展开全面的检查，在掘进工作期间，需要严格遵守相应的掘进进度，并对掘进速度控制在规定的范围内。

（2）开展截割作业。在开展截割作业时，需要遵守从上至下的原则进行切割，在完成一个较为完整的装运工作之后，需要将掘进机驶出掘进现场，并切断电源，同时将煤帮进行平衡后，再安装顶锚杆。

（3）开展支护作业。在进行支护作业的过程中，首先要用挂网充当临时的支护，然后再利用锚杆对截割巷道进行支护，在安装锚杆时，需要先平衡两个侧帮之后再进行挂网和装托板的安装固定。

在掘进机作业时，首先需要挖出一条巷道，然后再将掘进、通风、运输、水电等设备构成一个整体。其掘进的具体流程为：施工前设备检查→发动掘进机→进行截割作业→运输作业→临时支护作业→永久支护作业→设备检修。在进行运输作业时，需要按照从皮带运输机→转载机→前刮板输送机→后刮板输送机的流程来进行运输。

在进行掘进作业的过程中，主要的掘进对象为煤巷，其所涉及的设备数量较为庞大，具体的作业线路设备配置为：①悬臂式掘进机、单体锚杆钻机、桥式转载机、带式输送机、机载除尘设备。②悬臂式掘进机载锚杆机、转载机、带式输送机、机载除尘设备。

1.3 高效掘进技术的应用

1.3.1 高效掘进技术的改进和实施

从上述的内容来看，在煤矿掘进的整个工作流程中存在工作环节冗长等问题，因此，该煤矿开采企业在既有的设备技术上，利用胶带与掘进转载胶带进行直接的对接，取消了中间部分的刮板输送机等设备的安装和拆除工作，实现整个工作环节的有效缩减，降低了因设备故障而导致掘进工作低质、低效等问题。除此之外，本次煤矿掘进工作还将临时支护和永久支护进行紧密地结合，在每掘进一定的距离后，利用单体柱配合铰接梁的形式进行支护，随后再进行掘进工作，如此循环往复，能够将支护和掘进工作实现有效的平衡，从而提高掘进工作的高效和高质性。

1.3.2 实施效果

在将优化后的高效掘进技术方法进行应用后，该煤矿掘进工作在保障顶板完整性的前提下，掘进工作面每进行4.2m后，便会停止掘进工作，同时进行支护工作，在支护工作结束后，再次进行掘进工作，周而复始这种工作流程，能够有效地有效地保障掘进工作的高效开展。在应用这种方式进行掘进工作之后，现场的相关人员逐渐熟练这种掘进方式，在两个月的时间内，完成了300m的掘进工作量，其中，单日最高掘进工作量为20m，较传统掘进方式总体上升了150～220m。通过对高效掘进技术的优化和改进，极大地缓解地缓解了煤矿生产衔接性不强的问题，为煤矿开采工作奠定更扎实的基础。

2 煤矿高效掘进相关技术

2.1 掘进机超前支护快掘技术

在通常情况下，该种技术适用于因顶板遭到破坏而需要临时支护的煤巷掘进工作中，在使用这项工艺前，就必须预先建设起一条可以支撑临时支护的巷道，而这些临时支护也可以布设于全煤层或半煤层的巷道中。另外，在实施断面较小巷道路层的凿井施工中，对单月的凿井距离要求必须设计为600m以上，在挖掘作业时，对路面层也需要按照掘进的距离要求开展衔接力较好的挖掘作业，超前的脚手架也需要对空顶进行支撑。随后，在锚机进行转载的过程中，也必须对锚索进行设置，在完成整个流程后，再让掘进机进行掘进工作，并重复上述流程，进而实现掘进机超前支护的快速挖掘循环。

2.2 双锚掘进机快掘技术

这种掘进技术与上述掘进技术的应用范围相似。在应用该项技术前，需要修建一条临时煤岩道路或半煤岩巷道，在进行断面较小的掘进作业时，单月的掘进目标设置应当在500m及以上，在掘进机向前掘进1～2排后，截割臂落地，此时，需要将2台锚杆机分别延伸至掘进工作面的两端，并按照对应的位置进行锚杆或锚索的安装。而在转载时，锚机会对没有进行安装的锚杆或锚索进行二次安装。

2.3 三位一体高适应性快掘技术

这项技术应用在顶部、侧帮相对平稳的中小断面煤巷中，一般情况下，对空顶的控制范围要求在0.5m以下。而这项掘进技术的掘进机往往也能够应用于一次成型的全断面挖掘工作中，而且，这项挖掘技术还具有临时性的保护功能，一般是负责对迎头的四支锚钉进行安装，以便于在转载的过程中可以进行连续性的打锚工作。

3 我国煤矿高效掘进技术的应用现状

3.1 煤矿巷道综合开采技术的现状

煤矿掘进设备众多，其具备截割、运输等众多的功能，功能部件又包含运输机、装载机等。根据不同的截割方式，可以分为水平截割和垂直截割；根据不同重量，可以将前履带分为超轻、轻、中、重等多种类型。其具备振动幅度小、灵活性高、可持续掘进等优势。因此，能够适用于多种煤矿巷道的结构性破坏和维修中。但同时由于使用的速度较低，会出现掘进速度较为缓慢的情况。

3.2 连续采煤技术的应用现状

这种技术在我国的应用起步较晚，部分煤矿开采企业通过引进国外的掘进设备，使得我国煤巷掘进设备的国产化进程不断加快。但就实际情况而言，我国现阶段拥有成熟的掘进设备生产企业较少，生产的工艺流程仍然有很大的进步空间，在生产的质量和产量上都与发达国家存在一定的差距，同时，所生产出的设备也存在相容性和可靠性低下等问题。

3.3 掘锚机组一体化技术

将掘进与锚固装置的有效融合应用能够提升煤巷开采的技术能力。现阶段，我国的煤矿开采行业正处在技术研发的持续性时期，高效地掘进技术管理系统和现场的控制仍然存在一定的差距，因此，需要深入探索掘进与锚固装置融合应用的技术。

3.4 全液压钻车掘进技术

在进行断面较大的岩巷掘进工作中，需要事先制定一份备用的计划，通过优化设备的小型工作流程，来满足设备的可操作性。在应用该项技术开展掘进工作时，岩石的装载和钻孔效率较高，针对大型的岩石破碎，仅仅需要1h便能完成，并且能够实现同时钻孔70个，与传统的设备相比，其工作的效率为传统设备的两倍。并且，其具备工作强度低、有效提升爆破质量等优势。

4 煤矿巷道高效掘进技术的发展趋势

4.1 大断面巷道掘进技术

随着煤矿开采规模的不断扩大，相应的掘进设备也在不断丰富，同时，也对路段提出了更高的要求。因此，煤矿开采企业需要加大对大断面巷道掘进技术的研发力度。断面的扩大不仅对巷道掘进技术的要求更高，同时，也对相应的掘进设备要求不断提升。为了能够实现对大断面巷道的安全、高效地掘进，需要重视对相应设备的研发和维修工作，这样才能不断地优化掘进技术，保障掘进工作的质量和效率。现阶段，大断面的掘进工作主要集中在巷道中，同时，利用连续采煤机，根据掘进的位置选取合适的掘进设备。

4.2 掘锚一体化技术

该项技术的发展和应用能够提升煤巷掘进的有效性，但就实际情况而言，部分地掘锚一体化技术并不能有效地应用在煤矿行业中，同时，也需要对该项技术进行进一步的优化和完善。该项技术在顶板遭到破坏的巷道中应用效果最明显，其能够帮助相关人员更好地完成顶板的安装。若能够对该项技术进行更好的应用，就能够大幅提升掘进工作的效率。因此，目前，我国应当侧重于对该项技术的研发，同时，也需要重视对配套设备的研发工作，进而实现提升化煤矿掘进工作的自动化水平，强化掘进工作的质量和效率。

4.3 煤岩混合巷道掘进技术

由于煤巷之间的特性具有较大的差异性，因此，研发出使用混合煤巷的掘进技术尤为重要。在大部分情况下，煤巷都会与岩石发生碰撞，需要对岩石进行处理，才能顺利开展掘进进行。目前，掘进机的发展使得煤岩混合巷道掘进技术逐步向自动化和智能化的方向发展，进而降低了因混合地质等情况而造成的不确定性。此外，这项技术能够有效地提升连续掘进的效率，在将其应用在不同的煤巷中，掘进机与其他设备的联系更为紧密，如运输、转载、通风等设备。在煤炭的开采过程中，支护的应用能够保障煤巷道的安全性和稳定性，降低对巷道的不利影响，因此，也需要提高巷道的支护能力。

4.4 连续采煤机掘进技术的发展

在社会和科学技术的不断发展过程中，众多自动化和智能化掘进设备被广泛地应用在煤矿开发中，如连续掘进技术，能够实现煤矿开采工作的自动化，而连续掘进机适用于多条煤巷的同时掘进工作，并将其实现系统化的管理和发展，该项技术历经了从一台设备到整套设备的变化过程，在长时间的连续技术研发和应用过程中，保障了掘进工作的有效性和质量。

4.5 高效掘进配套技术的发展

在现代化社会的发展下，我国的科技水平得到了有效的提升，煤矿企业也逐步实现了配套掘进技术的功能探索和研发，并在实际的应用中提高了掘进的效率和质量。例如，为了确保相关掘进人员的安全，可以研发出保护人员呼吸系统的相应设备，对现场的施工环境进行优化，确保人员身体的健康，提高对人员的保护能力，进而实现提升煤矿掘进工作效率和质量的目的。

5 结语

煤矿掘进技术的高效性是保障煤矿产能的重要手段，同时，也是煤矿开采企业的重点探索方向。在煤巷的掘进过程中，根据掘进的地质，可以将其分为岩石巷道和煤矿巷道的掘进。在进行煤矿巷道的掘进过程中，需要利用采煤机实现掘进速度的最大化。在对煤矿巷道掘进工作的同时，也能够实现对煤矿资源的开采工作，能够极大地提升煤矿开采的效率。而由于岩石的硬度较高，在对其进行破碎时的难度较大，因此，需要借助相应的巷道掘进技术，如大断面巷道掘进技术、掘锚一体化技术等，来提升煤矿高效掘进技术的水平。