掘進(jìn)工作面掘進(jìn)工作裝備

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

腿式風(fēng)動鑿巖機→液壓( 氣動) 鑿巖臺車和液壓鑿巖機。②支護設(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)歷了電動錨桿鉆機→爬桿式錨桿鉆機→鉆車式錨桿鉆機→支腿式氣動錨桿鉆機→機載式液壓錨桿鉆機;③噴漿設(shè)備主要有潮式、 濕式噴漿機。④耙矸機械的發(fā)展經(jīng)歷了人工裝巖→耙斗裝巖機→側(cè)卸式鏟斗裝巖機→挖斗裝巖機。⑤運輸機械的發(fā)展主要經(jīng)歷了人力推車→4 ～ 5 t 電機車和礦車→帶式(轉(zhuǎn)載)輸送機→倉式列

車和梭式礦車( 臨時矸石倉)。巖巷掘進(jìn)裝備的發(fā)展為巖巷高效機械化掘進(jìn)及其作業(yè)線的產(chǎn)生提供更多便利。

巷道掘進(jìn)施工是一個復(fù)雜的多工序交替進(jìn)行的過程， 破巖、 排矸、 支護是主要的 3 大工藝。破巖工藝主要有鉆爆法和機械法 ，鉆爆法主要有臺階爆破法和全斷面爆破法，機械法以巖巷綜掘機破巖;裝運工藝有非連續(xù)裝運和連續(xù)裝運 2 種， 非連續(xù)裝運以耙矸機和礦車運輸;連續(xù)裝運以耙矸機和帶式輸送機或臨時矸石倉為代表的排矸工藝;支護工藝的發(fā)展以錨(網(wǎng)、 索)噴工藝為主， 主要有一次支護， 二次支護 。

鉆爆法——機械化作業(yè)線

我國巖巷掘進(jìn)施工工藝經(jīng)過多年的發(fā)展， 形成了多種掘進(jìn)機械化作業(yè)線， 其中典型的鉆爆法掘進(jìn)機械化作業(yè)線，第 1 類以氣腿式鑿巖機配合耙斗式裝巖機作業(yè)線為代表;第 2 類以鉆眼臺車配合側(cè)卸裝巖機作業(yè)線為代表。

第 1 類作業(yè)線能根據(jù)巷道斷面大小選用并配以多臺氣腿式風(fēng)動鑿巖機、 耙裝機、適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)載調(diào)車設(shè)施及支護設(shè)備、 不同的施工工藝和勞動組織形式，可以形成不同能力的掘進(jìn)機械化作業(yè)線，以滿足不同的施工要求，如右圖1所示：

第 2 類機械化作業(yè)線， 滿足側(cè)卸式裝巖機的卸載條件與液壓鉆車的錯車條件以及液壓鉆車的最 大 打 眼 范 圍 是 決 定 該 作 業(yè) 線 是 否 實 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， 主要以懸臂掘進(jìn)機和刀盤掘進(jìn)機為主，集切割、 裝載及轉(zhuǎn)運、 降塵等功能于一體的大型高效聯(lián)合作業(yè)機械設(shè)備，連續(xù)掘進(jìn)是其主要特點，稱作巖巷掘進(jìn)第 3 類作業(yè)線，如圖3 所示。刀盤掘進(jìn)機(TBM) 在隧道掘進(jìn)中應(yīng)用較多，但在礦山應(yīng)用并不成功，中煤能源集團等正在進(jìn)行 TBM 的煤礦適應(yīng)性改造。圖 綜掘法機械化作業(yè)線懸臂式掘進(jìn)機作業(yè)線是綜掘法的主要形式， 由主機與后配套設(shè)備組成:懸臂式掘進(jìn)機、 機載錨桿鉆機、 除塵系統(tǒng)、 橋式轉(zhuǎn)載機、 帶式輸送機。掘進(jìn)機把巖石切割后，經(jīng)轉(zhuǎn)運機構(gòu)把破碎的巖石轉(zhuǎn)運至掘進(jìn)機尾部卸下，再由轉(zhuǎn)載機、 輸送機或梭車運走。

掘進(jìn)工作面通風(fēng)特點是獨頭式通風(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)濟性，在很大程度上取決于礦井風(fēng)流的溫度預(yù)測的準(zhǔn)確性。在礦井風(fēng)溫預(yù)測計算中，實質(zhì)上是解決兩個問題，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、個體防護以及其他方法等。

② 人工制冷降溫技術(shù)

縱觀國內(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)用開始迅速發(fā)展，使用越來越廣泛、越來越成熟。美國、德國、南非、印度、波蘭、俄羅斯和澳大利亞等國家多采用該項技術(shù)。我國自80年代采用機械制冷來治理熱害，經(jīng)過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)國家水平，技術(shù)上與發(fā)達(dá)國家還有一定的差距。從礦井熱害治理的現(xiàn)狀和趨勢來看，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，深孔爆破時必然趨勢，深孔掏槽技術(shù)和破巖機理的研究是關(guān)鍵，尤其是炮孔深度超過 2. 5 m 情況下，氣腿式鑿巖機已不適應(yīng)安全高效掘進(jìn)， 全液壓鉆車將是鉆爆法掘進(jìn)的主要設(shè)備， 尤其是研究鉆支一體的新型液壓鉆車， 以及基于新型液壓鉆車的深孔爆破技術(shù)和與之配套的排矸運輸設(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理研究。隨著“節(jié)能減排” 觀念的深入人心，掘進(jìn)斷面和爆破藥量不斷加大，為減少圍巖損傷，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)裂松動爆破的全巖掘進(jìn)機掘進(jìn)工藝研究。由于全巖掘進(jìn)機的破巖機理與鉆爆法相比具有先天的優(yōu)勢， 更有利于實現(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， 我國的大斷面巖巷掘進(jìn)在不遠(yuǎn)的將來會出現(xiàn)綜掘占主導(dǎo)的局面。現(xiàn)階段在硬巖巷道施工中配合采用( 超) 深孔預(yù)裂松動爆破有利于實現(xiàn)大斷面硬巖巷道的綜合機械化掘進(jìn)，將為破解現(xiàn)階段硬巖中巖巷綜掘機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形滾刀破巖技術(shù)應(yīng)用到綜掘機上， 能極大地提高掘進(jìn)機截割硬巖的能力，使得懸臂式掘進(jìn)機應(yīng)用更廣泛。

3) 綜掘的自動化和遙控化研究。綜掘自動化研究的重點是掘進(jìn)機自動控制系統(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、 預(yù)報型故障診斷、 記憶截割及數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)认到y(tǒng)的總稱。綜掘自動化是建設(shè)數(shù)字化礦山的重要環(huán)節(jié)， 通過數(shù)字化礦山建設(shè)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、 可視化， 真正實現(xiàn)綜掘自動化、 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( TBM) 適應(yīng)性研究。全斷面硬巖掘進(jìn)機是當(dāng)今世界上公認(rèn)的快速開挖隧洞的最有效的機具?，F(xiàn)階段巖石全斷面掘進(jìn)機雖然可連續(xù)作業(yè)，工序簡單，施工速度快，但構(gòu)造復(fù)雜，成本高，對掘進(jìn)巷道的巖石性質(zhì)和長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。2100433B

《煤礦掘進(jìn)工作面人-環(huán)安全關(guān)系分析》通過理論分析、數(shù)學(xué)建模、實驗室分析等手段，建立了掘進(jìn)工作面各環(huán)境因素對人可靠性影響的模型，并運用VB語言開發(fā)設(shè)計了煤礦復(fù)雜條件下掘進(jìn)工作面人可靠性的分析評價系統(tǒng)，對井下掘進(jìn)工作面人的可靠性實現(xiàn)了由定性分析到定量計算；通過現(xiàn)場實測，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、工作時間及工人年齡的變化規(guī)律，同時確定了掘進(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工程學(xué)研究人員的參考書，也可作為現(xiàn)場工程技術(shù)人員的參考書。

按支撐方式不同分為支撐帶式轉(zhuǎn)載 機、懸臂帶式轉(zhuǎn)載機、吊掛帶式轉(zhuǎn)載機及帶有軌道并能 自己行走的帶式轉(zhuǎn)載機四種。由于帶式轉(zhuǎn)載機轉(zhuǎn)載的 是巖石，所以有以下幾個特點：①為了緩和巖石卸落時 對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。由機頭、機尾、傳動裝置、機 架、張緊裝置、滾筒、托輥、輸送帶等組成(圖1)。在 機尾處有支腿撐住機架。其中輸送帶、傳動裝置、機架、 托輥、張緊裝置等與普通帶式輸送機基本相同。為減輕 重量、縮小尺寸、有的支撐式帶式轉(zhuǎn)載機采用電滾筒傳 動，可容納4～10輛礦車。

(2)懸臂帶式轉(zhuǎn)載機。機架安裝在車架上，車架下 面裝有輪對，可以推行。機尾呈懸臂狀，沒有支撐，因 而長度較短，懸臂下只能容納2～3輛礦車。其他結(jié)構(gòu) 和支撐式帶式轉(zhuǎn)載機相似。

(3)吊掛帶式轉(zhuǎn)載機。機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， 其長度可根據(jù)需要而定。也有將機架安裝在車架上，機 尾懸掛在單軌吊上，這種形式又稱半吊掛式帶式轉(zhuǎn)載 機。

(4)帶有軌道并能自己行走的帶式轉(zhuǎn)載機(俗稱道 上道轉(zhuǎn)載機)。由許多框架連接組成機體，框架下面有 輪子，故而機體能在軌道上行走。機體內(nèi)設(shè)置有軌道和 幾十米長的帶式轉(zhuǎn)載機，機身下容納整列礦車?？盏V車 從巷道的軌道進(jìn)入轉(zhuǎn)載機的軌道，逐輛裝載，待整列礦 車裝滿后由電機車牽引至卸載點。