深井煤巷掘进影响因素分析及施工优化.pdf

充煤黑豹杯参评论文45煤矿支护2023年第2 期深井煤巷掘进影响因素分析及施工优化王磊（鹤壁煤电股份有限公司第八煤矿，河南鹤壁45 8 0 0 0）摘要要深井煤巷掘进是煤矿生产的关键环节之一，掘进质量和效率直接影响煤矿生产和经济效益。本文对深井煤巷掘进的影响因素进行了分析总结，包括地质条件、巷道断面、煤岩性质、移动和维修方案、巷道支护与掘进的配合度以及煤岩掘进与瓦斯抽放的配合度等因素。同时，针对这些影响因素提出了相应的施工优化策略。关键词深井煤巷；掘进；影响因素；施工优化1景影响深井煤巷掘进的因素分析1.1巷道设计参数（1）工作面长度根据煤层厚度、倾角、岩性、煤质、采煤法等因素，工作面长度可能有所不同。较长工作面可提高煤的采出率，降低开采成本。但工作面过长，会增加煤与研石混合几率，从而增加后续的分类处理难度。此外，较长的工作面也会增加瓦斯积聚和煤尘爆炸的风险，对矿工生命安全造成威胁。（2）切眼长度切眼是指在开采煤巷前段，为方便煤巷掘进而采取的开掘一段煤巷的措施。切眼长长短和数量决定了煤巷掘进的速度和效率。长切眼可提高后续巷道掘进速度，但会增加煤巷掘进风险，例如地压、冒顶等。此外，切眼数量和位置也需要根据煤巷形状和周围岩体情况进行合理设计，以保证煤巷的稳定和安全。（3）老巷道断面形状和尺寸巷道断面形状和尺寸设计需根据煤层物理特性、地质情况和采矿方法等因素综合考虑。巷道断面设计合理与否影响到采煤生产效率和安全。合理的断面设计可降低掘进难度，减轻支护压力，提高通风效果。如果断面设计不合理，将增加掘进和支护难度，影响采煤效率和安全。巷道断面尺寸需根据煤机设备设计，以保证设备能顺利通过。1.2工作面开采方式(1)前掘回采法前掘回采法适用于煤层倾角大于2 5，煤层厚度较小，煤巷长度较短的情况。前掘回采法主要特点在于采煤面积较小，因此适用于小型煤矿。此外，由于采煤面积较小，采煤机和支护设备的要求较低，可节省成本。前掘回采法缺点在于，掘煤巷需耗费大量人力、物力和时间，因此不适用于大规模开采。(2）后掘回采法后掘回采法适用于煤层倾角小于2 5，煤层厚度较大，煤巷长度长的情况，其采煤面积大，适用于大型煤矿，可满足大规模开采需要。后掘回采法缺点在于，需大量煤巷掘进，增加开采成本和人力资源。另外，由于采煤面积大，需要使用大型的采煤机和支护设备，因此，需要更高的投资成本。1.3工作面开采速度在选择煤巷掘进方式时，还需考虑工作面开采速度。开采速度的高低影响到煤巷掘进效益。工作面开采速度一般由采煤机的性462023年第2 期煤矿支护能、煤层状况、巷道断面大小和支护方式等因素决定。在选择工作面开采速度时，需要综合考虑采煤效率、煤质损失、工人安全和设备磨损等因素。例如，当采煤机的速度过快时，会导致煤炭开采过程中煤尘和噪音产生过多。1.4巷道掘进机参数(1）掘进机型号和性能不同型号的掘进机性能不同，有些掘进机可高效地切割不同类型的岩石和煤层，而其他掘进机则适用于特定类型的煤层和岩石。因此，选择掘进机时需考虑地质环境、工艺要求等因素。(2）掘进机掘进速度和进给量掘进机的掘进速度和进给量是影响掘进效率和质量的重要参数。在掘进过程中，需根据煤巷地质条件、掘进机性能和材料硬度等因素，调整掘进速度和进给量，以提高掘进效率和质量。（3）掘进机刀具选择和使用寿命掘进机的刀具是掘进过程中最重要的耗材之一。不同类型和品牌的刀具具有不同的性能和使用寿命，选择合适的刀具可以有效地降低成本和提高掘进效率。同时，在使用刀具时，需要对其进行有效的维护和保养，并及时更换磨损严重的刀具，以确保掘进质量和安全。1.5工艺参数(1)钻爆参数钻爆参数是深井煤巷掘进中最重要的工艺参数之一，它是爆破作业的关键因素。钻爆参数的选择包括钻孔参数、装药参数和起爆参数三个方面。钻孔参数包括钻孔的直径、深度、间距、数量和角度等。不同的钻孔参数会影响到爆破效果和煤巷稳定性。例如，孔距过大会导致煤巷掏空，孔距过小会造成煤巷塌。除此之外，孔角和钻孔方向的选择也会对爆破效果产生影响。装药参数包括药量、药包长度和装药方式等。适当的药量和药包长度可以提高爆破的效果，但过多的药量和过长的药包会增加爆炸的危险性。装药方式的选择也会对爆破效果产生影响。起爆参数包括爆炸序列和起爆时间等。选择合适的爆炸序列和起爆时间可以提高安全性和爆破效果。爆炸序列的选择包括串联式和并联式两种方式。（2）巷道支护工艺巷道支护工艺是深井煤巷掘进过程中的一个重要工艺环节，其目的是保障巷道的稳定和安全。常见的巷道支护工艺包括钢支撑、木支撑、混凝土支撑、注浆支护等。支护工艺的选择需要根据煤层的硬度、厚度、倾角、地应力等因素来确定。钢支撑是一种适用于较硬的煤层的支护方式。钢支撑具有强度高、安全性好、施工方便等特点。钢支撑还可以根据巷道的不同部位和不同的应力状况采用不同的支护形式，如“U”型钢、“I”型钢、“H”型钢、“L”型钢等。2优化深井煤巷掘进的方法和技术2.1工作面长度和切眼长度的优化在深井煤巷掘进中，工作面长度和切眼长度是影响巷道掘进效率和煤巷稳定性的重要参数。工作面长度和切眼长度的优化需要综合考虑煤层的岩性、地应力、倾角、厚度等因素，还需要考虑通风、排水、瓦斯等安全因素。工作面长度的优化需要根据采煤工艺、巷道支护工艺、工作面碉室等因素来确定。一般来说，工作面长度以煤层顶板的稳定性为主要考虑因素，一般工作面长度不宜超过1 0 0 m。切眼长度的优化需要考虑巷道的不同部位和不同的应力状况来确定，以保证煤巷的稳定和安全。切眼长度与工作面长度的比值需要根据煤层的特征来确定。一般来说，当煤层倾角大于30 时，切眼长度应适当增加，以保证煤巷的稳定。47煤矿支护2023年第2 期2.2巷道断面形状和尺寸的优化巷道断面形状和尺寸的优化是深井煤巷掘进中的一个重要环节，它直接关系到巷道的稳定性、通风效果和人员设备的安全。巷道断面形状应当以圆形或椭圆形为主，这种断面形状有利于减小煤巷的应力集中和防止煤巷的塌陷。巷道断面尺寸需考虑通风、煤层顶板厚度和稳定性等因素，以确保煤巷的通风效果和稳定性。此外，巷道断面的尺寸还应考虑到巷道支护工艺和设备进出口的要求。巷道断面尺寸优化需根据煤层倾角、围岩稳定性、采煤工艺、巷道支护工艺等因素来确定。一般来说，断面尺寸应适当减小，以减小巷道应力集中，提高巷道的稳定性。2.3工作面开采方式的优化（1）育前掘回采法和后掘回采法比较前掘回采法和后掘回采法是目前深井煤巷开采中常用的两种工作面开采方式。前掘回采法是先掘进工作面，在工作面前方进行采煤作业，采完后再向回掘进。后掘回采法是先掘进工作面，在工作面后方进行采煤作业，采完后再向前掘进。前掘回采法优点是采高大，生产效率高，适合开采厚煤层和宽巷道，但也存在支护困难、工作面不稳定等问题。后掘回采法优点是支护容易，工作面稳定，但采高小，生产效率低，适合开采薄煤层和窄巷道。（2）工作面开采速度的优化工作面开采速度是深井煤巷生产效率的关键因素之一。为了提高工作面开采速度，需要采取以下措施：优化工作面负荷。合理确定工作面开采负荷，避免过度开采造成的资源浪费和工作面不稳定。优化采煤机和支架的配套。采用适合的采煤机和支架配套，提高采煤效率和支护质量。优化工作面通风系统。加强通风系统的维护和管理，保证工作面通风畅通，提高工作面开采效率和安全性。优化煤层开拓方式。采用合适的煤层开拓方式，如放顶煤、放底煤、局部放顶煤等方式，提高工作面开采效率。优化工作面管理。加强工作面管理，保证生产有序、高效。2.4巷道掘进机优化（1）掘进机型号和性能的选择首先，应该考虑煤巷的断面大小和形状，因为不同的掘进机型号适用于不同大小和形状的巷道。例如，大型滚轮掘进机适用于开挖较宽的煤巷，而小型掘进机则适用于开挖较窄的煤巷。其次，应该考虑巷道的倾角和曲率，因为不同的掘进机型号和类型适用于不同的巷道倾角和曲率。例如，滚轮掘进机适用于小于2 5 的倾角和较小的曲率，而链条掘进机适用于大于2 5 的倾角和较大的曲率。最后，应该考虑煤岩的硬度和巷道内的有害气体含量。例如，硬质煤岩应该采用硬质合金刀具，而软质煤岩则应该采用高速钢刀具。此外，巷道内的有害气体含量也会影响掘进机型号和选择，因为一些掘进机配备了瓦斯抽放设备和通风系统，可以适应有害气体较高的巷道环境。(2)掘进机掘进速度和进给量的优化掘进机掘进速度和进给量的优化可以通过多种方法实现。首先，可以通过调整掘进机的工作状态以适应不同的巷道环境和煤岩性质。例如，在硬质煤岩占比较高的巷道中，可以适当提高掘进机的切削力和掘进速度，以提高掘进效率。在软质煤岩占比较高的巷道中，则可以适当降低掘进机的切削力和掘进速度，以减轻刀具磨损，延长寿命。其次，可通过合理的掘进机型号和类型选择来优化掘进速度和进给量。例如，大型滚轮掘进机适用于较宽煤巷，可以以较高的速度快速开挖；而链条掘进机适用于较窄的煤巷，可以以较小的进给量进行精细开挖。最后，还可以通过控制掘进机的工作环境来优化掘进速度和进给量。例如，在地质条件较好的巷道中，可适当提高掘进机的速度和进给量，以提高掘进效率；而在地质条482023年第2 期煤矿支护件较复杂的巷道中，则需要适当降低掘进机的速度和进给量，以避免安全事故的发生。（3）掘进机刀具的选择和使用寿命的延长掘进机刀具的选择和使用寿命的延长可以通过多种方法实现。首先，可以根据煤岩硬度和巷道断面大小和形状等因素选择合适的刀具材料和型号。例如，硬质煤岩应该采用硬质合金刀具，而软质煤岩则应该采用高速钢刀具。同时，应该根据巷道断面大小和形状等因素选择合适的刀具型号，以保证刀具能够有效地开挖巷道。其次，可以通过加强掘进机刀具的维护和保养来延长使用寿命。例如，定期对刀具进行清洗、润滑和检查，及时更换磨损严重的刀具，以保证刀具的正常运行。此外，还应该注意控制掘进机的切削力和进给量，以减轻刀具的磨损。最后，还可以通过合理的掘进机型号和类型选择来延长刀具的使用寿命。例如，滚轮掘进机在开挖过程中能够产生较小的振动和冲击力，从而减轻刀具的磨损，延长使用寿命。同时，还应该注意控制掘进机的工作环境，避免刀具在恶劣环境下使用，以延长使用寿命。2.5工艺优化(1)钻爆参数的优化深井煤巷掘进需要采用钻爆技术，而钻爆参数的优化是提高掘进效率和煤巷支护效果的关键。钻爆参数的优化主要包括以下几个方面：选择合适的爆破模式，通常包括单、双排等多种模式。在选择爆破模式时，需要综合考虑地质条件、巷道断面、煤岩性质等因素，确保掘进过程中煤巷的稳定和安全。选取不同孔深、孔径和孔距，可调整爆破效果和影响范围。钻孔过程中，根据地质条件和煤岩性质等因素，选择合适的参数。炸药种类和炸药量大小可影响爆破效果和掘进速度。需根据煤巷断面大小、煤岩性质和地质条件等因素进行综合考虑。（2）巷道支护工艺的优化巷道支护是深井煤巷掘进重要环节，可以保证煤巷的稳定和安全。巷道支护工艺的优化主要包括以下几个方面：支护结构设计需考虑地质条件、巷道断面、煤岩性质等因素，以确保支护结构的牢固和可靠。常用支护结构有U型钢支架、锚杆与锚索等。支护材料的选择需要考虑到强度、硬度、耐久性等性能，以满足不同煤巷的支护需求。常用的支护材料有混凝土、聚合物材料、黄沙砖等。支护方式需要综合考虑地质条件、巷道断面、煤岩性质等因素，选择适当方式以兼顾效果和经济性。常用的支护方式有砌块式支护、钢架支护、瓦斯抽放支护等。3结语深井煤巷掘进是煤矿生产关键工艺之一。然而，深井煤巷掘进涉及的因素众多，不可控因素也比较多，因此在进行施工过程中需要高度重视安全生产，不断完善安全管理措施。同时，科学合理的施工方案和优化措施不仅能够提高煤巷掘进的效率和稳定性，还能够减少煤层瓦斯等有害气体的排放，保障煤矿生产和环境的健康。因此，深人研究深井煤巷掘进的影响因素，找到合适的施工优化方案，是煤矿安全生产和可持续发展的重要保障。作者简介王磊（1 9 8 7 一），男，河南省鹤壁市人，毕业于河南理工大学，现在鹤壁煤电股份有限公司第八煤矿从事安全管理工作，工程师职称。（收稿日期：2 0 2 3年0 3月2 8 日；责任编辑：杨向民）