掘進工作面

巷道掘進施工是一個複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。破巖工藝主要有鑽爆法和機械法 ，鑽爆法主要有台階爆破法和全斷面爆破法，機械法以巖巷綜掘機破巖;裝運工藝有非連續裝運和連續裝運 2 種， 非連續裝運以耙矸機和礦車運輸;連續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;支護工藝的發展以錨(網、 索)噴工藝為主， 主要有一次支護， 二次支護 。

到 2009 年， 國有重點煤礦機械化程度 85. 5% ，綜採程度 75. 79% ， 綜掘程度 25. 87%[ 13] 。對於巖巷掘進裝備，主要有鑿巖、 支護、 裝巖、 運輸及輔助設備。①鑿巖設備發展主要經歷了手持式鑿岩機→氣

腿式風動鑿岩機→液壓( 氣動) 鑿巖台車和液壓鑿岩機。②支護設備主要有錨杆鑽眼設備和噴漿設備。錨杆鑽眼設備的發展主要經歷了電動錨杆鑽機→爬杆式錨杆鑽機→鑽車式錨杆鑽機→支腿式氣動錨杆鑽機→機載式液壓錨杆鑽機;③噴漿設備主要有潮式、 濕式噴漿機。④耙矸機械的發展經歷了人工裝巖→耙鬥裝岩機→側卸式剷鬥裝岩機→挖鬥裝岩機。⑤運輸機械的發展主要經歷了人力推車→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)。巖巷掘進裝備的發展為巖巷高效機械化掘進及其作業線的產生提供更多便利。 ^[1] 

我國巖巷掘進施工工藝經過多年的發展， 形成了多種掘進機械化作業線， 其中典型的鑽爆法掘進機械化作業線，第 1 類以氣腿式鑿岩機配合耙鬥式裝岩機作業線為代表;第 2 類以鑽眼台車配合側卸裝岩機作業線為代表。

第 1 類作業線能根據巷道斷面大小選用並配以多台氣腿式風動鑿岩機、 耙裝機、適當的轉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 類機械化作業線， 滿足側卸式裝岩機的卸載條件與液壓鑽車的錯車條件以及液壓鑽車的最 大 打 眼 範 圍 是 決 定 該 作 業 線 是 否 實 用 的關鍵。如右圖2所示：

綜掘法是近 20 ～ 30 年內迅速發展起來的一種先進的巷道掘進技術 ^[2]  ， 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、 降塵等功能於一體的大型高效聯合作業機械設備，連續掘進是其主要特點，稱作巖巷掘進第 3 類作業線，如圖3 所示。刀盤掘進機(TBM) 在隧道掘進中應用較多，但在礦山應用並不成功，中煤能源集團等正在進行 TBM 的煤礦適應性改造。圖 綜掘法機械化作業線懸臂式掘進機作業線是綜掘法的主要形式， 由主機與後配套設備組成:懸臂式掘進機、 機載錨杆鑽機、 除塵系統、 橋式轉載機、 帶式輸送機。掘進機把岩石切割後，經轉運機構把破碎的岩石轉運至掘進機尾部卸下，再由轉載機、 輸送機或梭車運走。

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，其中壓入式通風屬於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。為改善礦井作業環境而採取的降温措施的合理性和經濟性，在很大程度上取決於礦井風流的温度預測的準確性。在礦井風温預測計算中，實質上是解決兩個問題，即給予風流的熱量和熱量分配於風流顯熱和潛熱兩部分增加的規律，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係數的研究。

① 非人工製冷降温技術

非人工製冷降温技術主要以通風降温為主，再輔助以其他降温措施，如控制熱源、控制風流、個體防護以及其他方法等。

② 人工製冷降温技術

縱觀國內外，自20世紀60年代，人工製冷降温技術在礦井熱害防治中的應用開始迅速發展，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年代採用機械製冷來治理熱害，經過90年代的發展，到21世紀已經在規模上達到發達國家水平，技術上與發達國家還有一定的差距。從礦井熱害治理的現狀和趨勢來看，人工製冷降温技術已經成為礦井降温的主要手段。

1)基於新型液壓鑽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，氣腿式鑿岩機已不適應安全高效掘進， 全液壓鑽車將是鑽爆法掘進的主要設備， 尤其是研究鑽支一體的新型液壓鑽車， 以及基於新型液壓鑽車的深孔爆破技術和與之配套的排矸運輸設備是鑽爆法發展方向之一。

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。隨着“節能減排” 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” 爆破必將更大的發展。如果周邊控制爆破專用藥卷能夠得到推廣， 巖巷鑽爆法的安全高效快速掘進將變得更容易。

1)基於深孔預裂鬆動爆破的全巖掘進機掘進工藝研究。由於全巖掘進機的破巖機理與鑽爆法相比具有先天的優勢， 更有利於實現巖巷的安全高效快速掘進。隨着全巖掘進裝備的不斷髮展， 我國的大斷面巖巷掘進在不遠的將來會出現綜掘佔主導的局面。現階段在硬巖巷道施工中配合採用( 超) 深孔預裂鬆動爆破有利於實現大斷面硬巖巷道的綜合機械化掘進，將為破解現階段硬巖中巖巷綜掘機低效率難題另闢蹊徑。

2) 新型截割技術和破巖理論研究。隨着控制技術、 製造工藝、 液壓技術的發展， 以及新型破巖方法的出現: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。該系統應具有推進方向監控、 全功能遙控、 智能監測、 預報型故障診斷、 記憶截割及數據遠程傳輸等系統的總稱。綜掘自動化是建設數字化礦山的重要環節， 通過數字化礦山建設，實現遠程控制、 可視化， 真正實現綜掘自動化、 智能化，促進煤礦企業的安全高效發展。

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。現階段岩石全斷面掘進機雖然可連續作業，工序簡單，施工速度快，但構造複雜，成本高，對掘進巷道的岩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。