煤礦開(kāi)采技術(shù)專業(yè)畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告
專科畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告
學(xué) 生 王旭剛
學(xué)習(xí)中心 山西潞安奧鵬學(xué)習(xí)中心
專 業(yè) 煤礦開(kāi)采技術(shù)
層 次 高起專
提交日期 2014年 2月 24日
煤礦巷道掘進(jìn)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展
摘 要：眾所周知，巷道掘進(jìn)是煤礦開(kāi)采的重要環(huán)節(jié)。在這里我們探討一下巷道掘進(jìn)的有關(guān)技術(shù)，旨在增進(jìn)對(duì)掘進(jìn)技術(shù)的認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)我們的采礦專業(yè)的專業(yè)素養(yǎng)。
關(guān)鍵詞：掘進(jìn)技術(shù) 礦山巷道 掘進(jìn) 發(fā)展
在我國(guó)的自然資源中，基本特點(diǎn)是富煤、貧油、少氣，這就決定了煤炭在一次能源中的地位。我國(guó)煤炭資源總量為5.6萬(wàn)億噸，其中已探明儲(chǔ)量1萬(wàn)億噸，占世界總儲(chǔ)量的11.60%。我國(guó)煤層賦存條件復(fù)雜，呈現(xiàn)多樣性，煤層厚度從零點(diǎn)幾米到幾十米之間變化，為了開(kāi)采煤炭，需要開(kāi)掘大量的煤巖巷道。掘進(jìn)和回采是煤礦生產(chǎn)的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，采掘技術(shù)及其裝備水平直接關(guān)系到煤礦生產(chǎn)的能力和安全。高效機(jī)械化掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)是保證礦井實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的必要條件，也是巷道掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展方向。
1.巷道掘進(jìn)技術(shù)
20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)對(duì)礦井設(shè)計(jì)進(jìn)行了改革，取消了巖石集中巷布置方式，將開(kāi)拓巷道和采準(zhǔn)巷道布置在煤層中，增加了煤巷在井巷工程中的比例。目前，煤礦掘進(jìn)巷道中大量的是煤巷，約占總掘進(jìn)巷道工程量的70%左右。
我國(guó)煤巷高效掘進(jìn)方式主要有3種：第1種是懸臂式掘進(jìn)機(jī)與單體錨桿鉆機(jī)配套作業(yè)線，也稱為煤巷綜合機(jī)械化掘進(jìn)，在我國(guó)國(guó)有重點(diǎn)煤礦得到了廣泛應(yīng)用，主要掘進(jìn)機(jī)械為懸臂式掘進(jìn)機(jī)，它適應(yīng)范圍廣;第2種是連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車配套作業(yè)線，在我國(guó)神東、萬(wàn)利等礦區(qū)及鄂爾多斯地區(qū)進(jìn)行了推廣應(yīng)用，主要掘進(jìn)機(jī)械為連續(xù)采煤機(jī)，它需要多巷掘進(jìn)，交叉換位施工;第3種是掘錨機(jī)組掘錨一體化掘進(jìn)，僅在一些礦區(qū)進(jìn)行了使用，目前處于試驗(yàn)階段。
1.1煤巷綜合機(jī)械化掘進(jìn)
煤巷綜合機(jī)械化掘進(jìn)由懸臂式掘進(jìn)機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、可伸縮帶式輸送機(jī)(或刮板輸送機(jī))、單體錨桿鉆機(jī)、通風(fēng)除塵設(shè)備及供電系統(tǒng)等設(shè)備組成。懸臂式掘進(jìn)機(jī)是煤巷綜合機(jī)械化掘進(jìn)的關(guān)鍵設(shè)備，掘進(jìn)機(jī)的性能對(duì)于提高掘進(jìn)工效和掘進(jìn)進(jìn)尺具有重要作用。
我國(guó)煤巷懸臂式掘進(jìn)機(jī)的研制和應(yīng)用始于20世紀(jì)60年代，以30～50kW的小功率掘進(jìn)機(jī)為主，研究開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)使用都處于試驗(yàn)階段。80年代初期，為適應(yīng)煤礦機(jī)械化生產(chǎn)發(fā)展的需要，我國(guó)引進(jìn)了AM50型、S-100型掘進(jìn)機(jī)兩種為代表的機(jī)型，對(duì)發(fā)展我國(guó)綜掘機(jī)械化起到了推動(dòng)作用。同時(shí)，國(guó)內(nèi)加強(qiáng)對(duì)引進(jìn)機(jī)型的消化吸收工作，積極研制開(kāi)發(fā)了適合我國(guó)地質(zhì)條件和生產(chǎn)工藝的綜合機(jī)械化掘進(jìn)裝備。經(jīng)過(guò)近30年的消化吸收和自主研發(fā)，目前，我國(guó)已形成年產(chǎn)1000余臺(tái)的掘進(jìn)機(jī)加工制造能力，研制生產(chǎn)了20多種型號(hào)的掘進(jìn)機(jī)，初步形成系列化產(chǎn)品，基本能夠滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求。
AM50型、S-100型掘進(jìn)機(jī)均為國(guó)外20世紀(jì)70年代的產(chǎn)品，設(shè)備功率小、機(jī)重輕、破巖能力低及可靠性差，僅適合在條件較好的煤巷中使用。近年來(lái)，我國(guó)相繼開(kāi)發(fā)了以EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)為代表的替代機(jī)型，在整體技術(shù)性能方面達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，正在推廣應(yīng)用。EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)于2002年通過(guò)了中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)組織的鑒定，2003年獲中國(guó)煤炭工業(yè)科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)，2004年獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，目前已應(yīng)用500多臺(tái)。
我國(guó)研制的新一代煤巷掘進(jìn)機(jī)具有以下技術(shù)特點(diǎn)：
1.1.1整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)合理;
1.1.2機(jī)身矮、重心低、工作穩(wěn)定性好;
1.1.3生產(chǎn)能力大、破巖能力強(qiáng)、適應(yīng)性好;
1.1.4采用液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)裝載機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，可靠性高，減少了維護(hù)量;
1.1.5采用無(wú)支重輪履帶行走機(jī)構(gòu)和履帶導(dǎo)向輪黃油缸張緊裝置，提高了履帶行走機(jī)構(gòu)的可靠性;
1.1.6液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，增設(shè)了自動(dòng)加油裝置，提高了液壓系統(tǒng)的可靠性;
1.1.7電氣系統(tǒng)采用了PLC控制，具有工礦檢測(cè)和故障診斷功能。
近幾年，國(guó)產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)在煤巷掘進(jìn)中取得了較好的成績(jī)，實(shí)際年進(jìn)尺可達(dá)6 000～8 000m，基本滿足了煤巷高效掘進(jìn)的需要。2004年潞安礦業(yè)集團(tuán)常村煤礦綜掘一隊(duì)采用 EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)，在大斷面煤巷掘進(jìn)中創(chuàng)月進(jìn)680m的好成績(jī)。2005年金峰集團(tuán)寸草塔煤礦使用EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)最高日進(jìn)尺為72m,月進(jìn)尺905m。2005年鄂爾多斯宏景塔礦使用EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)日進(jìn)尺達(dá)到了40m。
懸臂式掘進(jìn)機(jī)在我國(guó)重點(diǎn)煤礦已普遍使用，發(fā)揮了重要作用。但由于是單巷掘進(jìn)，且采用單體錨桿進(jìn)行錨桿支護(hù)，掘進(jìn)和支護(hù)不能平行作業(yè)，影響了掘進(jìn)速度的進(jìn)一步提高。
1.2大斷面煤巷連續(xù)采煤機(jī)高效掘進(jìn)
連續(xù)采煤機(jī)是一種具有較大截割寬度的集落煤、裝運(yùn)及行走為一體的綜合機(jī)械化掘采設(shè)備，在國(guó)外廣泛應(yīng)用于矩形斷面的雙巷或多巷快速掘進(jìn)，以及短壁開(kāi)采，已成為現(xiàn)代高產(chǎn)高效礦井的重要設(shè)備。我國(guó)引進(jìn)連續(xù)采煤機(jī)始于1979年，迄今為止大體經(jīng)歷了單機(jī)和成套設(shè)備引進(jìn)兩個(gè)階段。目前我國(guó)神東公司、晉城煤業(yè)、萬(wàn)利公司、晉神公司、魯能集團(tuán)、伊東公司及伊泰公司等礦區(qū)使用連續(xù)采煤機(jī)近60余臺(tái)，用于大斷面煤巷的掘進(jìn)和短壁開(kāi)采。
連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)工作面設(shè)備配置按工作面運(yùn)輸方式一般分為兩種：一種是間斷式運(yùn)輸方式，工作面配置為連續(xù)采煤機(jī)、運(yùn)煤車或梭車、給料破碎機(jī)、錨桿鉆車、鏟車及膠帶輸送機(jī);另一種是連續(xù)運(yùn)輸方式，工作面配置為連續(xù)采煤機(jī)、錨桿鉆車、連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)、鏟車及膠帶輸送機(jī)。連續(xù)采煤機(jī)在大斷面煤巷掘進(jìn)時(shí)，連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車采用交叉換位作業(yè)方式，如圖1所示，連續(xù)采煤機(jī)在運(yùn)輸巷道掘進(jìn)的同時(shí)，錨桿鉆車正在回風(fēng)巷道進(jìn)行錨桿支護(hù)作業(yè)，當(dāng)連續(xù)采煤機(jī)完成一個(gè)掘進(jìn)循環(huán)時(shí)，與錨桿鉆車交換位置。為滿足機(jī)器調(diào)動(dòng)和運(yùn)輸?shù)囊螅瑑蓷l巷道之間每隔50m掘一條聯(lián)絡(luò)巷。
2.巷道掘進(jìn)影響因素
巷道掘進(jìn)是一個(gè)系統(tǒng)工程，影響因素較多，該系統(tǒng)中包含人(施工者和管理者)、技術(shù)裝備、生產(chǎn)技術(shù)以及管理、安全、技術(shù)革新的影響等諸多因素所構(gòu)成的綜合復(fù)雜體系?，F(xiàn)將其歸納以下三個(gè)主要方面：(1)人的因素(施工人員的基本素質(zhì)和管理組織形式);(2)施工機(jī)械設(shè)備及生產(chǎn)技術(shù)因素;(3)施工工作地點(diǎn)安全因素(即環(huán)境因素)。三者之間如“木桶理論”一樣，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的欠缺都會(huì)影響到整個(gè)掘進(jìn)施工的進(jìn)度。下面就制約巷道快速掘進(jìn)諸因素探討分析：
1.人的因素
1.1施工人員的素質(zhì)培養(yǎng)
一項(xiàng)工程如果沒(méi)有人的參與，其永遠(yuǎn)不可能實(shí)現(xiàn)。無(wú)論是全自動(dòng)機(jī)械化作業(yè)還是全人工原始施工，施工人員是關(guān)鍵因素，在施工過(guò)程中起積極能動(dòng)作用，超過(guò)其他任何因素，其具體包括以下兩點(diǎn)：
1.2勞動(dòng)者的素質(zhì)
勞動(dòng)者的素質(zhì)主要包括受教育程度、技術(shù)熟練程度、勞動(dòng)者的生產(chǎn)積極性、安全教育等幾個(gè)方面。影響地下礦山井巷掘進(jìn)的因素很多，比如操作人員沒(méi)有按照規(guī)程作業(yè)，操作人員文化水平比較低，對(duì)生產(chǎn)工藝不熟悉，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的性能了解不夠，操作不熟練等等。因此，在施工前和勞動(dòng)過(guò)程中，加大對(duì)工人的技能培訓(xùn)尤為重要，勞動(dòng)者的勞動(dòng)技能獲得改善，可極大提高工作效率。
在新工藝施工前，要對(duì)職工進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，使工人盡快掌握每一道工序及要求，這樣才能保證此施工工藝順利進(jìn)行。
在掘進(jìn)施工中，在人員配備上做到工種齊全、分工明確、密切配合，各工程銜接緊密，有效地利用工時(shí)，提高工效、提高工人素質(zhì)，培養(yǎng)出盡可能多的多面手，只有這樣才能使其掘進(jìn)效率保持較高的水平。
1.3管理者的能力
管理者，特別是基層直接管理者的技術(shù)水平、組織能力、管理能力、培訓(xùn)能力等方面在施工組織中尤為重要。施工過(guò)程中，作業(yè)規(guī)程編制及技術(shù)交底質(zhì)量差，對(duì)生產(chǎn)的指導(dǎo)性不強(qiáng);安全規(guī)程不完善，現(xiàn)場(chǎng)管理不到位或制定的管理制度未認(rèn)真貫徹;技術(shù)人員業(yè)務(wù)素質(zhì)低，巷道掘進(jìn)設(shè)計(jì)不合理，生產(chǎn)工藝不完善，支護(hù)設(shè)計(jì)不合理等都會(huì)給生產(chǎn)造成隱患，從而影響施工的順利進(jìn)行。
1.4管理組織形式
健全和堅(jiān)持以崗位責(zé)任制為中心的各項(xiàng)管理制度，是施工技術(shù)措施、施工設(shè)備和施工組織得以順利實(shí)施的保證，是加快施工速度、降低生產(chǎn)成本、保證施工質(zhì)量和安全的基礎(chǔ)。
1.4.2合理的施工方法
對(duì)于巷道掘進(jìn)，采取一次性開(kāi)挖成型或多次開(kāi)挖成型方式，根據(jù)圍巖情況進(jìn)行超前支護(hù)或初期支護(hù)，必要地段加強(qiáng)支護(hù)，以保證安全。
在支護(hù)過(guò)程中，改善施工藝，如采用濕噴工藝、發(fā)揮圍巖自承能力的錨桿支護(hù)等，既減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度，又改善施工環(huán)境。
1.4.3科學(xué)的施工組織
①科學(xué)地施工組織要求作到以下幾點(diǎn)：
②確定每個(gè)工序作業(yè)時(shí)間和循環(huán)時(shí)間，盡量壓縮關(guān)鍵線路上關(guān)鍵工序外時(shí)間;
③多工序平行作業(yè);
④編制合理高效的循環(huán)圖表，優(yōu)化勞動(dòng)組織;
⑤合理選擇施工作業(yè)方式和循環(huán)方式;
⑥確定循環(huán)合理的循環(huán)進(jìn)尺。
2.施工機(jī)械設(shè)備及生產(chǎn)技術(shù)因素
2.1機(jī)械設(shè)備
鉆眼、爆破與裝運(yùn)是巷道施工中主要工序，而鉆眼與裝運(yùn)設(shè)備的合理選擇及使用將直接決定巷道掘進(jìn)速度。
(1)鉆眼
當(dāng)前巷道掘進(jìn)普遍使用的仍是氣腿鑿巖機(jī)(如7655型、YT-28型、YTP26型等)，由于氣腿鑿巖機(jī)輸出功率小，鉆速低，所鉆炮孔深度淺，要想提高工作面鉆孔速度，就得多機(jī)作業(yè)，但掘進(jìn)工效仍無(wú)法提高。我國(guó)部分工程項(xiàng)目已采用單臂、雙臂或三臂鑿巖臺(tái)車進(jìn)行施工，但就我國(guó)鑿巖設(shè)備使用及更新程度來(lái)說(shuō)，大部分仍停留在第一、第二代水平，即氣腿鑿巖機(jī)或半液壓鑿巖臺(tái)車水平。而國(guó)外在大斷面巷道中已基本采用盾構(gòu)機(jī)或TBM掘進(jìn)機(jī)，小斷面內(nèi)均采用鑿巖臺(tái)車，使得鉆孔時(shí)由換釬、定位、開(kāi)孔鉆孔、返釬均全部自動(dòng)化控制。另外，60年代美國(guó)第一臺(tái)直徑3.1m的全斷面掘進(jìn)機(jī)試驗(yàn)成功(頁(yè)巖中月進(jìn)尺達(dá)到2087.6m)，給巷道掘進(jìn)帶來(lái)新的革命。又經(jīng)近五十年來(lái)不斷研究，從技術(shù)角度出發(fā)，它已能在任何巖石中鉆進(jìn)。由于全斷面掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)速度快，成本低，工效高，巷道掘進(jìn)質(zhì)量好，又安全可靠，所以其勢(shì)必將取代其他鑿巖設(shè)備。
(2)裝運(yùn)
裝巖工序在平巷掘進(jìn)中占整個(gè)循環(huán)時(shí)間的30～50%，當(dāng)前國(guó)內(nèi)已基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)。從五十年代到現(xiàn)在，我國(guó)工程施工中裝運(yùn)機(jī)械共進(jìn)行了四個(gè)階段的更新，在裝巖上總的趨勢(shì)是從效率低的裝載設(shè)備為主的間斷出碴設(shè)備配套，向高效率連續(xù)出碴設(shè)備配套發(fā)展，即采用連續(xù)作業(yè)的蟹爪式或立爪式裝載機(jī)與皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)和礦車配套，或采用的無(wú)軌鏟運(yùn)機(jī)出碴或與大噸位自卸汽車配套出碴，其可把掘進(jìn)工效提高1～2倍，采準(zhǔn)時(shí)間縮短75～80%。
2.2生產(chǎn)技術(shù)
根據(jù)我國(guó)井巷掘進(jìn)當(dāng)前施工水平，廣泛采用的仍是鉆爆法施工，而支護(hù)方式基本為錨噴支護(hù)。該方法在施工速度、安全質(zhì)量、勞動(dòng)強(qiáng)度、生產(chǎn)成本方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的架棚支護(hù)和砌碹支護(hù)方式。但施工中仍存在一些問(wèn)題，如由于巷道成形欠佳造成網(wǎng)、噴質(zhì)量差，錨桿安裝質(zhì)量不好等，對(duì)于圍巖較差地段不但會(huì)存在安全隱患，而且還會(huì)制約井巷掘進(jìn)進(jìn)度。
(1)改進(jìn)光爆技術(shù)，加強(qiáng)巷道成形
當(dāng)前巷道爆破均采用光面爆破，而大多為淺孔爆破，為提高進(jìn)尺，可從加大孔深和孔徑入手，并且經(jīng)多年實(shí)踐，中深孔(5m)爆破也是可行的。同時(shí)，為加強(qiáng)巷道成型，由于加大孔徑而減少的擴(kuò)炮孔數(shù)量可轉(zhuǎn)移至周邊，即增加周邊眼數(shù)量，保證光爆效果。而且，增加孔深和炮眼數(shù)可以提高臺(tái)車的純鉆眼時(shí)間，充分發(fā)揮高效設(shè)備的利用率。
(2)合理選擇錨桿，提高安裝質(zhì)量
錨桿是否發(fā)揮作用，最關(guān)鍵是選型是否正確及安裝規(guī)范與否。不同圍巖需選用合理的錨桿，如砂漿錨桿、樹(shù)脂錨桿、中空注漿錨桿及預(yù)應(yīng)力錨索、對(duì)穿頂應(yīng)力錨索等。錨桿安裝角度、錨墊板是否貼緊巖面及注漿是否飽滿，都將直接影響錨固質(zhì)量。
(3)選用合格材料，保證網(wǎng)噴質(zhì)量
金屬網(wǎng)主要增加噴砼的抗彎強(qiáng)度和韌性，但其安裝時(shí)必須緊貼巖面。選用合格的噴漿料生產(chǎn)砼，并選擇濕噴工藝，不但可提高噴漿效果，減少回彈率，還可改善工作環(huán)境。
3.施工地點(diǎn)安全(環(huán)境因素)
(1)自然因素
地下突水、瓦斯、高地溫及高壓力圍巖變形等自然災(zāi)害將直接危害巷道施工安全，其在施工中可借助相關(guān)設(shè)備(如地質(zhì)雷達(dá)、紅外線設(shè)備等)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采取必要措施達(dá)到安全條件，但其勢(shì)必影響施工進(jìn)度。
(2)人為因素
平巷掘進(jìn)，基本為獨(dú)頭施工，掌子面空間狹小，人員、機(jī)械較多，空氣質(zhì)量差，特別是鉆眼和出碴時(shí)。對(duì)此必須加強(qiáng)通風(fēng)，保證空氣質(zhì)量及能見(jiàn)度，減少安全隱患。
人在施工中的隨意性，是最不安全因素。在保證個(gè)人施工能力及操作規(guī)范性同時(shí)，安排合理工作時(shí)間、保持施工人員的良好施工狀態(tài)，也是安全施工必備條件。
我國(guó)平巷掘進(jìn)發(fā)展方向
鑿巖爆破方面，在中小型礦山進(jìn)一步推廣半液壓鑿巖臺(tái)車，在先進(jìn)的大型礦山，特別是新建礦山引進(jìn)推廣先進(jìn)的全液壓鑿巖設(shè)備，在長(zhǎng)巷道獨(dú)頭掘進(jìn)中，研制和推廣鑿巖裝載聯(lián)合設(shè)備，同時(shí)，進(jìn)行小直徑全斷面掘進(jìn)機(jī)的引進(jìn)和應(yīng)用。
出碴方面，采用效率較高的裝載設(shè)備，比如蟹爪式和耙斗式裝載機(jī)，大力推廣梭式礦車，長(zhǎng)巷道獨(dú)頭掘進(jìn)盡量搭接使用，采準(zhǔn)巷道多頭掘進(jìn)時(shí)，采用鏟運(yùn)機(jī)出碴。
加強(qiáng)平巷施工組織和管理工作。平巷施工要達(dá)到快速、優(yōu)質(zhì)、低耗和安全的要求，除合理地選擇先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備配套外，還要正確選擇作業(yè)方式，采用行之有效的施工組織與科學(xué)的管理方法。作為科研項(xiàng)目，重點(diǎn)研究全斷面掘進(jìn)機(jī)，因?yàn)槠鋭?shì)必將成為主流的破巖設(shè)備。
