掘進工作面礦井降溫技術

① 非人工制冷降溫技術

非人工制冷降溫技術主要以通風降溫為主，再輔助以其他降溫措施，如控制熱源、控制風流、個體防護以及其他方法等。

② 人工制冷降溫技術

縱觀國內(nèi)外，自20世紀60年代，人工制冷降溫技術在礦井熱害防治中的應用開始迅速發(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。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世紀已經(jīng)在規(guī)模上達到發(fā)達國家水平，技術上與發(fā)達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，人工制冷降溫技術已經(jīng)成為礦井降溫的主要手段。

掘進工作面通風特點是獨頭式通風，有關熱害礦井掘進面的研究主要集中在模擬研究方面。掘進面的通風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流的溫度預測的準確性。在礦井風溫預測計算中，實質上是解決兩個問題，即給予風流的熱量和熱量分配于風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。

鉆爆法——機械化作業(yè)線

我國巖巷掘進施工工藝經(jīng)過多年的發(fā)展， 形成了多種掘進機械化作業(yè)線， 其中典型的鉆爆法掘進機械化作業(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動鑿巖機、 耙裝機、適當?shù)霓D載調車設施及支護設備、 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)展起來的一種先進的巷道掘進技術 ， 其關鍵設備是掘進機， 主要以懸臂掘進機和刀盤掘進機為主，集切割、 裝載及轉運、 降塵等功能于一體的大型高效聯(lián)合作業(yè)機械設備，連續(xù)掘進是其主要特點，稱作巖巷掘進第 3 類作業(yè)線，如圖3 所示。刀盤掘進機(TBM) 在隧道掘進中應用較多，但在礦山應用并不成功，中煤能源集團等正在進行 TBM 的煤礦適應性改造。圖 綜掘法機械化作業(yè)線懸臂式掘進機作業(yè)線是綜掘法的主要形式， 由主機與后配套設備組成:懸臂式掘進機、 機載錨桿鉆機、 除塵系統(tǒng)、 橋式轉載機、 帶式輸送機。掘進機把巖石切割后，經(jīng)轉運機構把破碎的巖石轉運至掘進機尾部卸下，再由轉載機、 輸送機或梭車運走。

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] 。對于巖巷掘進裝備，主要有鑿巖、 支護、 裝巖、 運輸及輔助設備。①鑿巖設備發(fā)展主要經(jīng)歷了手持式鑿巖機→氣

腿式風動鑿巖機→液壓( 氣動) 鑿巖臺車和液壓鑿巖機。②支護設備主要有錨桿鉆眼設備和噴漿設備。錨桿鉆眼設備的發(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(轉載)輸送機→倉式列

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

巷道掘進施工是一個復雜的多工序交替進行的過程， 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 。

掘進工作面鉆爆法方面

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，深孔掏槽技術和破巖機理的研究是關鍵，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安全高效掘進， 全液壓鉆車將是鉆爆法掘進的主要設備， 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和與之配套的排矸運輸設備是鉆爆法發(fā)展方向之一。

2)大斷面巷道精細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，掘進斷面和爆破藥量不斷加大，為減少圍巖損傷，達到安全高效的目的， 控制炸藥能量釋放的精細爆破及“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將變得更容易。

掘進工作面綜掘法方面

1)基于深孔預裂松動爆破的全巖掘進機掘進工藝研究。由于全巖掘進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。隨著全巖掘進裝備的不斷發(fā)展， 我國的大斷面巖巷掘進在不遠的將來會出現(xiàn)綜掘占主導的局面?，F(xiàn)階段在硬巖巷道施工中配合采用( 超) 深孔預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，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) 新型截割技術和破巖理論研究。隨著控制技術、 制造工藝、 液壓技術的發(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應用到綜掘機上， 能極大地提高掘進機截割硬巖的能力，使得懸臂式掘進機應用更廣泛。

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機自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)應具有推進方向監(jiān)控、 全功能遙控、 智能監(jiān)測、 預報型故障診斷、 記憶截割及數(shù)據(jù)遠程傳輸?shù)认到y(tǒng)的總稱。綜掘自動化是建設數(shù)字化礦山的重要環(huán)節(jié)， 通過數(shù)字化礦山建設，實現(xiàn)遠程控制、 可視化， 真正實現(xiàn)綜掘自動化、 智能化，促進煤礦企業(yè)的安全高效發(fā)展。

4) 全斷面硬巖掘進機( TBM) 適應性研究。全斷面硬巖掘進機是當今世界上公認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機雖然可連續(xù)作業(yè)，工序簡單，施工速度快，但構造復雜，成本高，對掘進巷道的巖石性質和長度及斷面均有一定要求。所以， 其小型化是適應煤礦巖巷條件必然趨勢。2100433B

《煤礦掘進工作面人-環(huán)安全關系分析》通過理論分析、數(shù)學建模、實驗室分析等手段，建立了掘進工作面各環(huán)境因素對人可靠性影響的模型，并運用VB語言開發(fā)設計了煤礦復雜條件下掘進工作面人可靠性的分析評價系統(tǒng)，對井下掘進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、心率隨工作負荷、工作時間及工人年齡的變化規(guī)律，同時確定了掘進工作面安全行為模式。

《煤礦掘進工作面人-環(huán)安全關系分析》可作為煤炭高校安全人機工程學研究人員的參考書，也可作為現(xiàn)場工程技術人員的參考書。

按支撐方式不同分為支撐帶式轉載 機、懸臂帶式轉載機、吊掛帶式轉載機及帶有軌道并能 自己行走的帶式轉載機四種。由于帶式轉載機轉載的 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，一般都設置多 道清掃裝置。

(1)支撐帶式轉載機。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、有的支撐式帶式轉載機采用電滾筒傳 動，可容納4～10輛礦車。

(2)懸臂帶式轉載機。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。其他結構 和支撐式帶式轉載機相似。

(3)吊掛帶式轉載機。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載 機。

(4)帶有軌道并能自己行走的帶式轉載機(俗稱道 上道轉載機)。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)設置有軌道和 幾十米長的帶式轉載機，機身下容納整列礦車?？盏V車 從巷道的軌道進入轉載機的軌道，逐輛裝載，待整列礦 車裝滿后由電機車牽引至卸載點。