掘进工作面

掘进迎头

掘进工作面又称掘进迎头,是指在为回采工作面做准备时,首先开采一条巷道。这条巷道包含探煤、掘煤、探水、探气等作用,具体说就是一个以掘进为主,以其他地质条件为辅的单独独头巷道,没有自主的通风系统,无直接通往地面的通道,需要做巷道顶部与两帮的支护,一般为机械掘进和炮掘。

掘进工艺

巷道掘进施工是一个复杂的多工序交替进行的过程，破岩、排矸、支护是主要的 3 大工艺。破岩工艺主要有钻爆法和机械法，钻爆法主要有台阶爆破法和全断面爆破法，机械法以岩巷综掘机破岩;装运工艺有非连续装运和连续装运 2 种，非连续装运以耙矸机和矿车运输;连续装运以耙矸机和带式输送机或临时矸石仓为代表的排矸工艺;支护工艺的发展以锚(网、索)喷工艺为主，主要有一次支护，二次支护。

掘进工作装备

到 2009 年，国有重点煤矿机械化程度 85. 5% ，综采程度 75. 79% ，综掘程度 25. 87%[ 13] 。对于岩巷掘进装备，主要有凿岩、支护、装岩、运输及辅助设备。①凿岩设备发展主要经历了手持式凿岩机→气

腿式风动凿岩机→液压( 气动) 凿岩台车和液压凿岩机。②支护设备主要有锚杆钻眼设备和喷浆设备。锚杆钻眼设备的发展主要经历了电动锚杆钻机→爬杆式锚杆钻机→钻车式锚杆钻机→支腿式气动锚杆钻机→机载式液压锚杆钻机;③喷浆设备主要有潮式、湿式喷浆机。④耙矸机械的发展经历了人工装岩→耙斗装岩机→侧卸式铲斗装岩机→挖斗装岩机。⑤运输机械的发展主要经历了人力推车→4 ～ 5 t 电机车和矿车→带式(转载)输送机→仓式列

车和梭式矿车( 临时矸石仓)。岩巷掘进装备的发展为岩巷高效机械化掘进及其作业线的产生提供更多便利。

操作方法

钻爆法——机械化作业线

我国岩巷掘进施工工艺经过多年的发展，形成了多种掘进机械化作业线，其中典型的钻爆法掘进机械化作业线，第 1 类以气腿式凿岩机配合耙斗式装岩机作业线为代表;第 2 类以钻眼台车配合侧卸装岩机作业线为代表。

第 1 类作业线能根据巷道断面大小选用并配以多台气腿式风动凿岩机、耙装机、适当的转载调车设施及支护设备、不同的施工工艺和劳动组织形式，可以形成不同能力的掘进机械化作业线，以满足不同的施工要求，如右图1所示：

第 2 类机械化作业线，满足侧卸式装岩机的卸载条件与液压钻车的错车条件以及液压钻车的最大打眼范围是决定该作业线是否实用的关键。如右图2所示：

综钻法

综掘法是近 20 ～ 30 年内迅速发展起来的一种先进的巷道掘进技术，其关键设备是掘进机，主要以悬臂掘进机和刀盘掘进机为主，集切割、装载及转运、降尘等功能于一体的大型高效联合作业机械设备，连续掘进是其主要特点，称作岩巷掘进第 3 类作业线，如图3 所示。刀盘掘进机(TBM) 在隧道掘进中应用较多，但在矿山应用并不成功，中煤能源集团等正在进行 TBM 的煤矿适应性改造。图综掘法机械化作业线悬臂式掘进机作业线是综掘法的主要形式，由主机与后配套设备组成:悬臂式掘进机、机载锚杆钻机、除尘系统、桥式转载机、带式输送机。掘进机把岩石切割后，经转运机构把破碎的岩石转运至掘进机尾部卸下，再由转载机、输送机或梭车运走。

热害研究

掘进工作面通风特点是独头式通风，有关热害矿井掘进面的研究主要集中在模拟研究方面。掘进面的通风方式主要分为压入式、抽出式和压抽混合式，其中压入式通风属于末端封闭有限空间的贴壁射流。

矿井热源主要有围岩散热、空气压缩热、机电设备放热、水流放热、氧化热、爆破放热、岩体下落放热、岩体破碎放热、人体新陈代谢放热。为改善矿井作业环境而采取的降温措施的合理性和经济性，在很大程度上取决于矿井风流的温度预测的准确性。在矿井风温预测计算中，实质上是解决两个问题，即给予风流的热量和热量分配于风流显热和潜热两部分增加的规律，而围岩传热则是矿井热源研究中的主要部分，围岩散热研究的重点是换热系数的研究。

矿井降温技术

① 非人工制冷降温技术

非人工制冷降温技术主要以通风降温为主，再辅助以其他降温措施，如控制热源、控制风流、个体防护以及其他方法等。

② 人工制冷降温技术

纵观国内外，自20世纪60年代，人工制冷降温技术在矿井热害防治中的应用开始迅速发展，使用越来越广泛、越来越成熟。美国、德国、南非、印度、波兰、俄罗斯和澳大利亚等国家多采用该项技术。我国自80年代采用机械制冷来治理热害，经过90年代的发展，到21世纪已经在规模上达到发达国家水平，技术上与发达国家还有一定的差距。从矿井热害治理的现状和趋势来看，人工制冷降温技术已经成为矿井降温的主要手段。

掘进技术展望

钻爆法方面

1)基于新型液压钻车的深部大断面巷道深孔爆破配套技术及装备研究。深部大断面岩巷的快掘，深孔爆破时必然趋势，深孔掏槽技术和破岩机理的研究是关键，尤其是炮孔深度超过 2. 5 m 情况下，气腿式凿岩机已不适应安全高效掘进，全液压钻车将是钻爆法掘进的主要设备，尤其是研究钻支一体的新型液压钻车，以及基于新型液压钻车的深孔爆破技术和与之配套的排矸运输设备是钻爆法发展方向之一。

2)大断面巷道精细爆破及周边定向断裂控制爆破机理研究。随着“节能减排” 观念的深入人心，掘进断面和爆破药量不断加大，为减少围岩损伤，达到安全高效的目的，控制炸药能量释放的精细爆破及“绿色” 爆破必将更大的发展。如果周边控制爆破专用药卷能够得到推广，岩巷钻爆法的安全高效快速掘进将变得更容易。

综掘法方面

1)基于深孔预裂松动爆破的全岩掘进机掘进工艺研究。由于全岩掘进机的破岩机理与钻爆法相比具有先天的优势，更有利于实现岩巷的安全高效快速掘进。随着全岩掘进装备的不断发展，我国的大断面岩巷掘进在不远的将来会出现综掘占主导的局面。现阶段在硬岩巷道施工中配合采用( 超) 深孔预裂松动爆破有利于实现大断面硬岩巷道的综合机械化掘进，将为破解现阶段硬岩中岩巷综掘机低效率难题另辟蹊径。

2) 新型截割技术和破岩理论研究。随着控制技术、制造工艺、液压技术的发展，以及新型破岩方法的出现:利用滚压破岩原理以及将盘形滚刀破岩技术应用到综掘机上，能极大地提高掘进机截割硬岩的能力，使得悬臂式掘进机应用更广泛。

3) 综掘的自动化和遥控化研究。综掘自动化研究的重点是掘进机自动控制系统。该系统应具有推进方向监控、全功能遥控、智能监测、预报型故障诊断、记忆截割及数据远程传输等系统的总称。综掘自动化是建设数字化矿山的重要环节，通过数字化矿山建设，实现远程控制、可视化，真正实现综掘自动化、智能化，促进煤矿企业的安全高效发展。

4) 全断面硬岩掘进机( TBM) 适应性研究。全断面硬岩掘进机是当今世界上公认的快速开挖隧洞的最有效的机具。现阶段岩石全断面掘进机虽然可连续作业，工序简单，施工速度快，但构造复杂，成本高，对掘进巷道的岩石性质和长度及断面均有一定要求。所以，其小型化是适应煤矿岩巷条件必然趋势。

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