掘進(jìn)工作面掘進(jìn)工藝

巷道掘進(jìn)施工是一個(gè)復(fù)雜的多工序交替進(jìn)行的過(guò)程， 破巖、 排矸、 支護(hù)是主要的 3 大工藝。破巖工藝主要有鉆爆法和機(jī)械法 ，鉆爆法主要有臺(tái)階爆破法和全斷面爆破法，機(jī)械法以巖巷綜掘機(jī)破巖;裝運(yùn)工藝有非連續(xù)裝運(yùn)和連續(xù)裝運(yùn) 2 種， 非連續(xù)裝運(yùn)以耙矸機(jī)和礦車(chē)運(yùn)輸;連續(xù)裝運(yùn)以耙矸機(jī)和帶式輸送機(jī)或臨時(shí)矸石倉(cāng)為代表的排矸工藝;支護(hù)工藝的發(fā)展以錨(網(wǎng)、 索)噴工藝為主， 主要有一次支護(hù)， 二次支護(hù) 。

到 2009 年， 國(guó)有重點(diǎn)煤礦機(jī)械化程度 85. 5% ，綜采程度 75. 79% ， 綜掘程度 25. 87%[ 13] 。對(duì)于巖巷掘進(jìn)裝備，主要有鑿巖、 支護(hù)、 裝巖、 運(yùn)輸及輔助設(shè)備。①鑿巖設(shè)備發(fā)展主要經(jīng)歷了手持式鑿巖機(jī)→氣

腿式風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)→液壓( 氣動(dòng)) 鑿巖臺(tái)車(chē)和液壓鑿巖機(jī)。②支護(hù)設(shè)備主要有錨桿鉆眼設(shè)備和噴漿設(shè)備。錨桿鉆眼設(shè)備的發(fā)展主要經(jīng)歷了電動(dòng)錨桿鉆機(jī)→爬桿式錨桿鉆機(jī)→鉆車(chē)式錨桿鉆機(jī)→支腿式氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)→機(jī)載式液壓錨桿鉆機(jī);③噴漿設(shè)備主要有潮式、 濕式噴漿機(jī)。④耙矸機(jī)械的發(fā)展經(jīng)歷了人工裝巖→耙斗裝巖機(jī)→側(cè)卸式鏟斗裝巖機(jī)→挖斗裝巖機(jī)。⑤運(yùn)輸機(jī)械的發(fā)展主要經(jīng)歷了人力推車(chē)→4 ～ 5 t 電機(jī)車(chē)和礦車(chē)→帶式(轉(zhuǎn)載)輸送機(jī)→倉(cāng)式列

車(chē)和梭式礦車(chē)( 臨時(shí)矸石倉(cāng))。巖巷掘進(jìn)裝備的發(fā)展為巖巷高效機(jī)械化掘進(jìn)及其作業(yè)線(xiàn)的產(chǎn)生提供更多便利。

鉆爆法——機(jī)械化作業(yè)線(xiàn)

我國(guó)巖巷掘進(jìn)施工工藝經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展， 形成了多種掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)線(xiàn)， 其中典型的鉆爆法掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)線(xiàn)，第 1 類(lèi)以氣腿式鑿巖機(jī)配合耙斗式裝巖機(jī)作業(yè)線(xiàn)為代表;第 2 類(lèi)以鉆眼臺(tái)車(chē)配合側(cè)卸裝巖機(jī)作業(yè)線(xiàn)為代表。

第 1 類(lèi)作業(yè)線(xiàn)能根據(jù)巷道斷面大小選用并配以多臺(tái)氣腿式風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)、 耙裝機(jī)、適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)載調(diào)車(chē)設(shè)施及支護(hù)設(shè)備、 不同的施工工藝和勞動(dòng)組織形式，可以形成不同能力的掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)線(xiàn)，以滿(mǎn)足不同的施工要求，如右圖1所示：

第 2 類(lèi)機(jī)械化作業(yè)線(xiàn)， 滿(mǎn)足側(cè)卸式裝巖機(jī)的卸載條件與液壓鉆車(chē)的錯(cuò)車(chē)條件以及液壓鉆車(chē)的最 大 打 眼 范 圍 是 決 定 該 作 業(yè) 線(xiàn) 是 否 實(shí) 用 的關(guān)鍵。如右圖2所示：

綜鉆法

綜掘法是近 20 ～ 30 年內(nèi)迅速發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的巷道掘進(jìn)技術(shù) ， 其關(guān)鍵設(shè)備是掘進(jìn)機(jī)， 主要以懸臂掘進(jìn)機(jī)和刀盤(pán)掘進(jìn)機(jī)為主，集切割、 裝載及轉(zhuǎn)運(yùn)、 降塵等功能于一體的大型高效聯(lián)合作業(yè)機(jī)械設(shè)備，連續(xù)掘進(jìn)是其主要特點(diǎn)，稱(chēng)作巖巷掘進(jìn)第 3 類(lèi)作業(yè)線(xiàn)，如圖3 所示。刀盤(pán)掘進(jìn)機(jī)(TBM) 在隧道掘進(jìn)中應(yīng)用較多，但在礦山應(yīng)用并不成功，中煤能源集團(tuán)等正在進(jìn)行 TBM 的煤礦適應(yīng)性改造。圖 綜掘法機(jī)械化作業(yè)線(xiàn)懸臂式掘進(jìn)機(jī)作業(yè)線(xiàn)是綜掘法的主要形式， 由主機(jī)與后配套設(shè)備組成:懸臂式掘進(jìn)機(jī)、 機(jī)載錨桿鉆機(jī)、 除塵系統(tǒng)、 橋式轉(zhuǎn)載機(jī)、 帶式輸送機(jī)。掘進(jìn)機(jī)把巖石切割后，經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)把破碎的巖石轉(zhuǎn)運(yùn)至掘進(jìn)機(jī)尾部卸下，再由轉(zhuǎn)載機(jī)、 輸送機(jī)或梭車(chē)運(yùn)走。

掘進(jìn)工作面通風(fēng)特點(diǎn)是獨(dú)頭式通風(fēng)，有關(guān)熱害礦井掘進(jìn)面的研究主要集中在模擬研究方面。掘進(jìn)面的通風(fēng)方式主要分為壓入式、抽出式和壓抽混合式，其中壓入式通風(fēng)屬于末端封閉有限空間的貼壁射流。

礦井熱源主要有圍巖散熱、空氣壓縮熱、機(jī)電設(shè)備放熱、水流放熱、氧化熱、爆破放熱、巖體下落放熱、巖體破碎放熱、人體新陳代謝放熱。為改善礦井作業(yè)環(huán)境而采取的降溫措施的合理性和經(jīng)濟(jì)性，在很大程度上取決于礦井風(fēng)流的溫度預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。在礦井風(fēng)溫預(yù)測(cè)計(jì)算中，實(shí)質(zhì)上是解決兩個(gè)問(wèn)題，即給予風(fēng)流的熱量和熱量分配于風(fēng)流顯熱和潛熱兩部分增加的規(guī)律，而圍巖傳熱則是礦井熱源研究中的主要部分，圍巖散熱研究的重點(diǎn)是換熱系數(shù)的研究。

① 非人工制冷降溫技術(shù)

非人工制冷降溫技術(shù)主要以通風(fēng)降溫為主，再輔助以其他降溫措施，如控制熱源、控制風(fēng)流、個(gè)體防護(hù)以及其他方法等。

② 人工制冷降溫技術(shù)

縱觀(guān)國(guó)內(nèi)外，自20世紀(jì)60年代，人工制冷降溫技術(shù)在礦井熱害防治中的應(yīng)用開(kāi)始迅速發(fā)展，使用越來(lái)越廣泛、越來(lái)越成熟。美國(guó)、德國(guó)、南非、印度、波蘭、俄羅斯和澳大利亞等國(guó)家多采用該項(xiàng)技術(shù)。我國(guó)自80年代采用機(jī)械制冷來(lái)治理熱害，經(jīng)過(guò)90年代的發(fā)展，到21世紀(jì)已經(jīng)在規(guī)模上達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家水平，技術(shù)上與發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的差距。從礦井熱害治理的現(xiàn)狀和趨勢(shì)來(lái)看，人工制冷降溫技術(shù)已經(jīng)成為礦井降溫的主要手段。

掘進(jìn)工作面鉆爆法方面

1)基于新型液壓鉆車(chē)的深部大斷面巷道深孔爆破配套技術(shù)及裝備研究。深部大斷面巖巷的快掘，深孔爆破時(shí)必然趨勢(shì)，深孔掏槽技術(shù)和破巖機(jī)理的研究是關(guān)鍵，尤其是炮孔深度超過(guò) 2. 5 m 情況下，氣腿式鑿巖機(jī)已不適應(yīng)安全高效掘進(jìn)， 全液壓鉆車(chē)將是鉆爆法掘進(jìn)的主要設(shè)備， 尤其是研究鉆支一體的新型液壓鉆車(chē)， 以及基于新型液壓鉆車(chē)的深孔爆破技術(shù)和與之配套的排矸運(yùn)輸設(shè)備是鉆爆法發(fā)展方向之一。

2)大斷面巷道精細(xì)爆破及周邊定向斷裂控制爆破機(jī)理研究。隨著“節(jié)能減排” 觀(guān)念的深入人心，掘進(jìn)斷面和爆破藥量不斷加大，為減少?lài)鷰r損傷，達(dá)到安全高效的目的， 控制炸藥能量釋放的精細(xì)爆破及“綠色” 爆破必將更大的發(fā)展。如果周邊控制爆破專(zhuān)用藥卷能夠得到推廣， 巖巷鉆爆法的安全高效快速掘進(jìn)將變得更容易。

掘進(jìn)工作面綜掘法方面

1)基于深孔預(yù)裂松動(dòng)爆破的全巖掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)工藝研究。由于全巖掘進(jìn)機(jī)的破巖機(jī)理與鉆爆法相比具有先天的優(yōu)勢(shì)， 更有利于實(shí)現(xiàn)巖巷的安全高效快速掘進(jìn)。隨著全巖掘進(jìn)裝備的不斷發(fā)展， 我國(guó)的大斷面巖巷掘進(jìn)在不遠(yuǎn)的將來(lái)會(huì)出現(xiàn)綜掘占主導(dǎo)的局面?，F(xiàn)階段在硬巖巷道施工中配合采用( 超) 深孔預(yù)裂松動(dòng)爆破有利于實(shí)現(xiàn)大斷面硬巖巷道的綜合機(jī)械化掘進(jìn)，將為破解現(xiàn)階段硬巖中巖巷綜掘機(jī)低效率難題另辟蹊徑。

2) 新型截割技術(shù)和破巖理論研究。隨著控制技術(shù)、 制造工藝、 液壓技術(shù)的發(fā)展， 以及新型破巖方法的出現(xiàn):利用滾壓破巖原理以及將盤(pán)形滾刀破巖技術(shù)應(yīng)用到綜掘機(jī)上， 能極大地提高掘進(jìn)機(jī)截割硬巖的能力，使得懸臂式掘進(jìn)機(jī)應(yīng)用更廣泛。

3) 綜掘的自動(dòng)化和遙控化研究。綜掘自動(dòng)化研究的重點(diǎn)是掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)具有推進(jìn)方向監(jiān)控、 全功能遙控、 智能監(jiān)測(cè)、 預(yù)報(bào)型故障診斷、 記憶截割及數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)认到y(tǒng)的總稱(chēng)。綜掘自動(dòng)化是建設(shè)數(shù)字化礦山的重要環(huán)節(jié)， 通過(guò)數(shù)字化礦山建設(shè)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、 可視化， 真正實(shí)現(xiàn)綜掘自動(dòng)化、 智能化，促進(jìn)煤礦企業(yè)的安全高效發(fā)展。

4) 全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)( TBM) 適應(yīng)性研究。全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)是當(dāng)今世界上公認(rèn)的快速開(kāi)挖隧洞的最有效的機(jī)具?，F(xiàn)階段巖石全斷面掘進(jìn)機(jī)雖然可連續(xù)作業(yè)，工序簡(jiǎn)單，施工速度快，但構(gòu)造復(fù)雜，成本高，對(duì)掘進(jìn)巷道的巖石性質(zhì)和長(zhǎng)度及斷面均有一定要求。所以， 其小型化是適應(yīng)煤礦巖巷條件必然趨勢(shì)。2100433B

《煤礦掘進(jìn)工作面人-環(huán)安全關(guān)系分析》通過(guò)理論分析、數(shù)學(xué)建模、實(shí)驗(yàn)室分析等手段，建立了掘進(jìn)工作面各環(huán)境因素對(duì)人可靠性影響的模型，并運(yùn)用VB語(yǔ)言開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了煤礦復(fù)雜條件下掘進(jìn)工作面人可靠性的分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)，對(duì)井下掘進(jìn)工作面人的可靠性實(shí)現(xiàn)了由定性分析到定量計(jì)算；通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，得出了礦工體重、新陳代謝量及體溫的變化規(guī)律，得出了血壓、心率隨工作負(fù)荷、工作時(shí)間及工人年齡的變化規(guī)律，同時(shí)確定了掘進(jìn)工作面安全行為模式。

《煤礦掘進(jìn)工作面人-環(huán)安全關(guān)系分析》可作為煤炭高校安全人機(jī)工程學(xué)研究人員的參考書(shū)，也可作為現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的參考書(shū)。

按支撐方式不同分為支撐帶式轉(zhuǎn)載 機(jī)、懸臂帶式轉(zhuǎn)載機(jī)、吊掛帶式轉(zhuǎn)載機(jī)及帶有軌道并能 自己行走的帶式轉(zhuǎn)載機(jī)四種。由于帶式轉(zhuǎn)載機(jī)轉(zhuǎn)載的 是巖石，所以有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①為了緩和巖石卸落時(shí) 對(duì)輸送帶和托輥的沖擊，在受料部位的托輥外面套上 橡膠圈，以便起緩沖作用。②輸送帶的帶速較慢，一般 在1.0～1.6m/s左右。③由于掘進(jìn)工作面有水，為防 止托輥沾泥水起鼓而引起輸送帶跑偏，一般都設(shè)置多 道清掃裝置。

(1)支撐帶式轉(zhuǎn)載機(jī)。由機(jī)頭、機(jī)尾、傳動(dòng)裝置、機(jī) 架、張緊裝置、滾筒、托輥、輸送帶等組成(圖1)。在 機(jī)尾處有支腿撐住機(jī)架。其中輸送帶、傳動(dòng)裝置、機(jī)架、 托輥、張緊裝置等與普通帶式輸送機(jī)基本相同。為減輕 重量、縮小尺寸、有的支撐式帶式轉(zhuǎn)載機(jī)采用電滾筒傳 動(dòng)，可容納4～10輛礦車(chē)。

(2)懸臂帶式轉(zhuǎn)載機(jī)。機(jī)架安裝在車(chē)架上，車(chē)架下 面裝有輪對(duì)，可以推行。機(jī)尾呈懸臂狀，沒(méi)有支撐，因 而長(zhǎng)度較短，懸臂下只能容納2～3輛礦車(chē)。其他結(jié)構(gòu) 和支撐式帶式轉(zhuǎn)載機(jī)相似。

(3)吊掛帶式轉(zhuǎn)載機(jī)。機(jī)架懸掛在巷道頂部的單軌 吊上(也有掛在棚子上的)，隨著工作面推進(jìn)而前移， 其長(zhǎng)度可根據(jù)需要而定。也有將機(jī)架安裝在車(chē)架上，機(jī) 尾懸掛在單軌吊上，這種形式又稱(chēng)半吊掛式帶式轉(zhuǎn)載 機(jī)。

(4)帶有軌道并能自己行走的帶式轉(zhuǎn)載機(jī)(俗稱(chēng)道 上道轉(zhuǎn)載機(jī))。由許多框架連接組成機(jī)體，框架下面有 輪子，故而機(jī)體能在軌道上行走。機(jī)體內(nèi)設(shè)置有軌道和 幾十米長(zhǎng)的帶式轉(zhuǎn)載機(jī)，機(jī)身下容納整列礦車(chē)。空礦車(chē) 從巷道的軌道進(jìn)入轉(zhuǎn)載機(jī)的軌道，逐輛裝載，待整列礦 車(chē)裝滿(mǎn)后由電機(jī)車(chē)牽引至卸載點(diǎn)。