究
摘要：煤炭是我国目前和今后很长一段时间内的主要能源，是保障国家能源安全和稳定供给的战略基础，是国家经济发展的重要支柱。
关键词：煤巷；掘锚一体机；快速掘进技术；工艺 引言
目前，全国有4700个煤矿，生产能量40亿吨，1200个大型现代化煤矿，年生产量超过120万吨，占到了全国80%。目前，大型现代矿井普遍采取“一井一面”的集约化采矿方法，其年新增掘进长度约12000 km，各综采工作面平均推进速度为30 m/d，单个掘进队的巷道掘进进尺达70~80 m/d，而我国煤矿巷道综掘平均掘进进尺为10 m/d，传统的综掘方式已无法满足综采工作面需求，通过增加掘采队伍比例来满足综采工作面需求的方式已不可持续。巷道快速掘进技术是煤矿生产的客观需要。
1.巷道掘进面临的一些问题
目前我国煤矿的巷道掘进不仅存在技术问题，而且存在着较大的安全隐患。主要有冲击地压问题、煤与瓦斯突出问题和深部巷道大变形问题。以上问题对巷道的有效施工造成了很大的影响。
1.1.煤与瓦斯突出问题
进入到深部开采时，煤层中瓦斯含量和瓦斯压力增加，使得煤与瓦斯突出危险性增加。煤与瓦斯突出是煤体和瓦斯混合突出的一种现象。在出现煤与瓦斯突出问题后，会诱发一系列的灾害，主要是瓦斯爆炸的危险性增加。这是由于煤与瓦斯突出时会释放大量的瓦斯，巷道中的瓦斯浓度很容易达到爆炸浓度界限。这种现象发生在煤巷掘进和石门揭煤的过程中。值得注意的是，煤与瓦斯突出的机理尚不明确，虽然学者们提出了很多理论，但是并未达成统一。对于煤与瓦斯突出防治，在掘进过程中主要是采取瓦斯抽采的方式。
1.2.冲击地压问题
随着煤矿开采深度的增加，地下工程岩土所承受的岩石压力增加，这使得在某些条件下巷道中容易发生冲击地压。冲击地压是井巷围岩积累的弹性变形能瞬时释放而产生的距离动力现象。在发生冲击地压时，常常伴随着煤岩体的高速抛出，严重的还会引发矿震，对煤矿巷道的破坏极大。目前，冲击地压已经成为煤矿安全开采过程中所面临的一个重要难题。冲击地压防治困难主要体现在两方面，一方面是冲击地压发生的机理不明确，导致有时需要防治的区域面积过大；另一方面是现有的支护手段对于冲击地压的防治效果尚不明确。在进入深部开采后，很多矿井经过鉴定都具有冲击危险性，这使得在巷道掘进时需要采用更多的安全支护措施。
1.3.深部巷道大变形问题
在深部，由于受压高，部分岩体表现出软岩特征。在目前的支护情况下，巷道将发生较大的变形。特别是在大变形作用下，巷道变形随时间推移而增大。在某些条件下，隧道截面最多能减少50%，从而降低了巷道的可用性和安全性。当隧道发生较大变形时，必须进行再建，这将耗费较多的时间。
2.影响巷道掘进速度的因素分析 2.1.巷道支护
巷道支护的效率对巷道掘进有显著的影响。通常情况下，为了保证安全性，工人必须在有支护条件的巷道中作业，这就要求在巷道掘进完成后及时对巷道进行支护。巷道支护可以分为永久支护和临时支护两种。永久支护工艺流程比较复杂，消耗的时间比较长，需要具体设计支护强度。通常情况下，临时支护工艺流程比较简单，且支护速度比较快。在一些特殊情况下，例如岩体比较破碎时，需要采用棚式支护，这时支护的工作量比较大。一般巷道支护所需的时间越短，巷道的掘进速度也就越快。
2.2.掘进方式
巷道的掘进方式对巷道的掘进速度有着显著的影响。根据巷道类型的不同，采用的掘进方式也不同。对于煤巷（煤层中掘进的巷道），通常采用掏槽法和连续采煤机掘进方法。一些大型煤矿掘进煤巷时采用连续采煤机，每月进尺最高可以达到3000m左右，掘进速度非常快。对于岩巷（岩层中掘进的巷道），通常采用钻爆法和综掘法。钻爆法适用于各种条件下岩巷的掘进，主要是在岩层中钻孔进行爆破，从而使巷道成型。这种方法需要消耗大量的时间在钻孔上，而且巷道断面成型的质量差。目前该方法在小型矿井岩巷中仍被广泛应用。此外，随着巷道掘进技术的发展，盾构机也被应用于煤矿巷道掘进中。为了适应煤矿巷道的掘进，一些公司研发了小型巷道掘进盾构机。盾构机的应用大幅度提高了巷道掘进的效率，这
主要是因为盾构机对地质条件的适用性大大提高。在一些煤矿应用中可以发现，相较于综掘机而言，采用盾构机掘进后，巷道掘进速度提升5～10倍。需要注意的是，盾构机的体型较大，对设备的运输和安装要求较高，所以这种方法在煤矿巷道掘进中并未得到广泛应用。
2.3.施工管理
在巷道掘进施工过程中，需要大量的人员和设备进行施工作业。如何合理地对人员和设备进行配置显得尤为重要。在现有的巷道施工作业中，由于不能进行有效的施工管理，则会在某些工序上消耗大量的时间，这严重影响了巷道的掘进速度。施工管理必须要针对巷道掘进的实际地质情况进行，也就是说，人员和设备分配越合理，巷道的掘进速度就越快。
3.实现巷道高效掘进的措施 3.1.采用掘锚一体机进行施工
在煤矿巷道施工过程中，很多巷道依然采用锚杆进行支护。因此，在巷道综掘过程中，可以优先考虑掘锚一体机进行施工作业。例如天河科技自主研发的四臂掘锚护一体机，在悬臂式掘进机平台上增设了钻机系统、除尘系统、支护系统等组件，实现了巷道快速掘进、锚固、除尘、临时支护等功能。这样可以大大减小支护工艺的复杂性，进而加快巷道的掘进速度。与此同时，还应该考虑到煤矿地质条件的变化，以及对掘锚一体机应用的影响，并制订相应的保护措施。
3.2.采用盾构机施工
一些小型盾构机研发成功，并在一些煤矿中得到应用。未来，有条件的矿井可以采用盾构机进行掘进，一方面，可以保证掘进速度；另一方面，可以保证煤矿巷道掘进的安全性，特别是在深部高应力巷道掘进可能发生岩爆和冲击地压的情况下。目前，盾构机在煤矿井下的运输和安装仍然是个问题，亟需要解决。
3.3.必须保证可视化远程干预操作
采取有效措施降低煤尘、水雾等对摄像头的影响，实现可视化远程干预操作。同时，应该引入实时现场模型，将每一道工序具体为模型里对应的步骤实现对现场工序的还原，提高对装备的精准控制。
3.4.需要进行多装备之间数据多源异构融合
相较于综采工作面，掘进工作面所配备的设备数量相对较少，但掘进工艺中需要多台设备多步骤协同进行，因此需要进行多装备之间的数据多源异构融合，达到协同控制的目的，最终实现智能化掘进。
4.结束语
综上所述，煤矿巷道的高效掘进是煤矿生产中的一个重要内容。目前我国煤矿的巷道施工，除技术问题外，还存在着较大的安全隐患，如冲击地压、瓦斯突出、深井大变形等。在巷道施工中，巷道掘进速度受多种工艺条件的制约，其主要包括掘进方式、巷道支护、施工管理等。根据这一特点，从掘进方案设计、采用掘锚一体机进行施工以及采用盾构机进行施工等几个角度来提高掘进速度。
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