煤矿巷道掘进的制约因素与应对策略.pdf

2 0 2 0年第0 7期 煤矿巷道掘进的制约因素与应对策略 袁海生 阳煤集团开元公司, 陕西 晋中 0 4 5 0 0 0 摘 要 煤矿巷道掘进的效率与质量, 既受到地质构造、 机械设备等客观条件的制约, 也深受工艺技术和组织管理 等主观因素的影响。应通过加强地质勘查与防控、 研发和应用先进掘进设备、 改进和优化掘进工艺、 创新 和强化组织管理等, 消解各类因素的制约和影响, 提升巷道掘进的效率与质量。 关键词 巷道掘进; 煤矿企业; 掘进设备; 地质勘查 中图分类号 T D 8 2 3 D O I 1 0. 1 9 7 6 9/j . z d h y . 2 0 2 0. 0 7. 0 5 4 0 引言 巷道掘进是指矿层中开掘各种形状的井、 巷等工作, 其工序取决于巷道穿过的岩石性质。目前, 我国煤炭回 采已步入深部回采期, 许多矿井的开采深度已达1 0 0 0 m 以上[ 1], 地质构造、 地应力环境更为复杂, 矿井生产的难 度与风险大幅增加, 给巷道掘进带来了严峻挑战。提升 巷道掘进的效率与质量, 既关系着煤矿企业的生产规模 与效益, 也关系着巷道作业人员的生命安全。基于此, 笔 者就煤矿巷道掘进的制约因素进行分析, 探求相应的应 对思路与策略, 以期为巷道掘进实践提供参考与启示。 1 煤矿巷道掘进的制约因素 1. 1 地质构造因素 不同的地质构造, 决定着巷道掘进的速度与质量。 倘若地质构造整体优良, 掘进速度较快, 且安全系数高; 倘若地质构造复杂、 地质条件不稳, 则掘进难度较大、 速 度较慢, 安全隐患较多。其中, 中小断层、 褶皱、 复合顶板 是最为常见的地质构造类。其对巷道掘进的制约, 主要 体现在 由于小地质构造一般隐藏于煤层顶部, 且其顶板 与煤层等同于正常情况, 其异常难以从外观看出, 较为容 易引发 煤 层 冒 顶 事 故; 在 掘 进 作 业 时, 将 会 影 响 前 方 3 0 m范围内的煤体, 一旦发生煤层冒顶事故, 大量瓦斯 就会集聚于煤壁, 形成不同的压力梯度, 当瓦斯压力增大 时, 极易 引 起 瓦 斯 爆 炸, 从 而 给 巷 道 掘 进 带 来 严 重 的 破坏。 1. 2 掘进设备因素 整体提升掘进设备现代化水平, 是提高巷道掘进速 度与质量的物质基础。目前, 虽然我国煤矿巷道掘进机 械化水平不断提升, 但其整体科技水平、 自动化程度, 相 比发达国家还有较大的差距。从连续采煤设备看, 虽然 国内已经研制和生产多种型号的掘进机械, 如1 2 c m的 1 5 D D V C和A BM 2 0等, 但存在着产量不高、 兼容可靠性 不足等问题。从综掘设备看, 机械设备主要包括掘进机、 装载机、 单体锚杆机等, 其中, 悬臂式掘进机虽然具有超 挖少、 爆破震动小、 灵活度高等优点, 但存在着利用率较 低的问题, 制约着掘进速度。从掘锚一体化设备看, 虽然 其功效强、 效率高, 但由于掘进管理、 现场调控缺失, 导致 掘锚一体化设备难以发挥出应有的功效。总的来看, 我 国煤矿巷道掘进的机械化水平、 自动化程度亟待提升。 1. 3 工艺技术因素 基于安全规范, 一般要求煤矿巷道掘进在作业前, 综 合检查掘进设备, 消除安全隐患; 在作业过程中, 严禁拆 卸检查掘进设备, 并定期进行安全检查与维护。但在实 践中, 施工人员的作业时间更多集中于巷道支护, 调查数 据显示, 在巷道采掘总体时间上, 安装支护设备约占7 0 以上, 严重制约了施工进度。巷道掘进采用的机械化作 业线, 还存在诸多问题与不足, 比如, 气腿式凿岩机、 耙斗 装岩机、 矿车普通机械化作业线, 虽然具有生产率较高、 工艺性优良、 可靠性较强, 但同时存在着人工成本高、 劳 动强度大、 工作环境差、 钻孔速度低、 危险性高等弊端, 而 且与全液压钻车、 锚喷机等配套性较差; 以液压钻车和侧 卸装岩机为主的高档机械化作业线, 虽然凿岩速度快、 机 动灵活、 能耗低和噪声低, 但同时临时支护困难、 作业人 员操作不熟练, 制约了机械性能的发挥; 悬臂式掘进机配 梭式矿车、 带式输送机综掘作业线, 虽然具有作业人员 少、 自动化程度高、 安全可靠等优点, 但也存在着截齿寿 命短、 使用成本高, 且对不同地质构造和岩性适应能力差 等问题。 1. 4 组织管理因素 强化组织管理是提高巷道掘进速度与质量的重要保 障。但在实践中, 还存在许多薄弱环节。在理念上, 一些 煤矿企业为摆脱收入锐减、 资不抵债的困境, 片面追求利 润、 利益和效益的最大化, 超限开采、 超负荷经营, 并降低 安全生产的资金投入, 削弱了其安全生产的能力和水平。 数据显示, 在5 9 5处国有重点煤矿中, 矿井通风系统不完 善、 通风能力不足的占比8. 7 4, 缺乏监控系统的高瓦斯 矿井、 煤与瓦斯突出矿井分别占4 0、3 0。巷道掘进作 业人员由于文化程度较低、 专业技术素养不高, 所以安全 意识较弱。数据显示, 在现有的国有煤矿从业人员中, 具 有大专以上学历的技术人员大约占3, 与发达 国 家 6 0的比重有着较大的差距 [2]。在管理上, 存在着制度 不健全、 执行不力、 落实“ 棚架” 等问题, 组织管理较为混 241 自动化应用 工矿自动化 收稿日期 2 0 2 0 - 0 4 - 0 7 2 0 2 0年第0 7期 乱, 存在较大的安全隐患。比如, 华宁县华盖山煤矿, 由 于气焊作业人员不具备熔化焊接与热切割作业资格, 违 规在1 5 0 0 m水平运输大巷掘进工作面进行气焊作业, 加之带班矿领导和安全员未对气焊作业情况进行检查, 最终引发火灾事故, 造成8人受伤。这反映了煤矿巷道 掘进组织管理的缺失。 2 煤矿巷道掘进的优化策略 2. 1 加强地质勘查与防控 煤矿巷道掘进, 只有充分了解地质构造特征, 才能够 及时有效地预防各种不利情况乃至事故的发生, 提升巷 道掘进的效率与质量。一方面, 应注重提升地质勘查质 量, 通过细致、 精准的地质勘查, 研究和分析巷道所处的 地质构造、 地下环境, 有针对性地制订相关巷道掘进方案 与防控措施[ 3]。另一方面, 在巷道掘进过程中, 应针对各 种异常情况加以分析和防控。如在对工作面的冒顶上, 应随时观察局部冒顶的“ 征兆” , 如发现煤层顶板出现较 多裂缝、 煤层顶板缝隙掉矸或掉碴等现象, 可及时通过割 煤、 加强临时支护等方式, 预防可能出现的事故; 在对隐 蔽的中小地质构造上, 作业人员可根据锚索作业过程中 钻机的速度、 淋水现象, 判断中小地质构造是否存在, 如 发现钻机速度突然加快、 淋水现象较为明显, 则可判断中 小地质构造存在, 并及时采取有效的防护措施。 2. 2 研发和应用先进掘进设备 积极引进国外先进的采掘思路和设备研制技术, 提 升我国巷道掘进设备与技术的研发能力。从发展趋势来 看, 我国巷道掘进设备呈现出掘锚一体化、 掘进机适应空 间多样化、 高效掘进技术配套化趋势, 特别是巷道掘进智 能化, 将为提升巷道掘进效率与质量提供更加有力的物 质技术支撑。2 0 1 9年1月, 我国煤矿安监局制定发布了 煤矿机器人重点研发目录 , 对掘进、 采煤、 运煤、 安控和 救援5类、3 8种煤矿机器人, 分别提出了具体的研发应用 要求, 届时, 煤矿机器人将广泛应用于巷道掘进, 从而减 少井下作业人数、 降低安全风险、 提高生产效率、 降低矿 工劳动强度。在实践中, 一些大型煤矿开始研发和应用 智能化的掘进设备。如2 0 1 9年初, 黄陵矿业集团将其山 西天地煤机装备公司参与研发的快速掘进成套设备应用 于二号煤矿, 该套设备以快速、 安全、 集成的优势, 将传统 “ 快采慢掘” 的掘进模式转向了“ 采掘同频” , 其掘进效率 提升3倍以上。 2. 3 改进和优化掘进工艺 改进和优化掘进工艺, 是提升巷道掘进效率与质量 的必由路径。应细化、 优化传统的掘进工艺流程, 通过安 排平行作业、 技术人员现场跟班、 优化工序间衔接, 提升 巷道掘进效率与质量[ 4]。目前, 我国许多煤矿都十分重 视掘进工艺的改进和优化, 并取得了显著的成效。比如, 山西省同忻煤矿公司通过技术攻关、 创新掘进系统工艺, 实现了技术新突破, 在回风巷密铺工字钢过盘区皮带巷, 回风巷皮带挑顶上盘区皮带巷, 构建立体交叉点, 只需要 施工一条回风绕道即可满足回风巷掘进期间的各种需 求, 大大减少了工程量; 并节省3部皮带的铺设及其相关 设备, 节约设备安装、 调试、 维护费用近3 0 0万元。陕北 矿业柠条塔公司在支护强度不减的情况下, 减少顶板支 护锚杆数量、 密度, 优化锚杆规格型号和网片尺寸, 实现 了掘进装备与断面支护最佳配套, 提高支护效率2 0以 上, 减少支护密度3 0以上, 单班进尺突破3 5 m。 2. 4 创新和强化组织管理 巷道掘进是一项系统性工程, 既需要各部门、 各类工 作人员的密切协同, 也需要人机的有力配合、 工序的有效 衔接。首先, 应建立完善的组织管理制度。注重建立完 善员工素质提升制度, 通过培养、 培训、 考核等, 提升员工 专业素养。构建安全生产治理体系, 成立各级管理组织, 明确管理职责; 将月进尺分解到班组, 正规循环作业, 实 现班班有任务、 人人有担子; 成立应急小组, 全员参与安 全隐患排查、 分析和防控, 切实从源头上治理安全隐患; 提高单进水平劳动组织竞赛管理制度及考核办法, 定期 对各班组进行考核, 并对优秀班组和人员给予正向激励, 引导各班组互相追赶超越。其次, 应致力于提高单产单 进水平的探索研究, 根据井下煤层赋存条件及顶底板情 况, 不断优化巷道支护设计, 提升支护效率, 合理安排生 产组织, 加强部门协作, 保障生产服务工作, 使各工序衔 接、 人机配合达到最佳耦合的工作方法, 破解巷道掘进的 瓶颈性问题。 3 结语 总之, 巷道掘进是一项复杂性和系统性工程, 其效率 与质量面临的制约因素较为复杂, 既受到地质构造、 机械 设备等客观条件的制约, 也深受工艺技术和组织管理等 主观因素的影响。煤矿企业和施工作业人员应精准分析 各类制约因素, 有针对性地制定和实施务实管用的措施 和方法, 化被动为主动、 化不利为有利, 不断提升巷道掘 进的效率与质量, 提升煤矿企业的生产规模与效益。 参考文献 [ 1] 李宏伟.煤矿安全管理存在的问题及其解决对策[J].能 源与节能, 2 0 1 93 5 2 - 5 3. [ 2] 宁丽坤.现代煤炭企业安全生产管理应用研究[D].天津 天津工业大学, 2 0 1 7. [ 3] 韩剑.中小型 地质 构 造对 煤矿 掘进 的 影响 与应 对 措施 [ J].山东煤炭科技,2 0 1 73 1 4 0 - 1 4 1. [ 4] 李科.煤矿巷道掘进工艺技术研究[J].当代化工研究, 2 0 1 91 0 5 7 - 5 6. 341 工矿自动化 自动化应用