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【摘 要】巷道掘进速度是影响矿井建设进度的主要因素。就目前而言，掘进施工方法包括钻爆法和掘进机掘进法两大类。前者具有适应性强、操作灵活等特点，在我国岩巷掘进中仍占据很大比重，但由于掘进速度过慢，限制了其优势的发挥。后者具有掘进速度快的特点，但成本投入费用高，在某些情况下也存在缺陷。通过分析两者的优缺点，并考虑到影响岩巷掘进施工方法选择的主要因素，可以作为掘进施工方法选择与优化的重要凭证。
【关键词】煤矿；岩巷掘进；钻爆法；掘进机掘进法；选择与优化
0.前言
岩巷掘进工程是矿井建设的重要组成部分。由于岩巷岩石普氏系数f较大，使得巷道施工过慢成为矿井建设的阻力。目前我国采用的破岩掘进施工方法大体可分为两类，一是钻爆法，二是掘进机掘进法，两种方法各有优缺点，并有各自的适用条件。本文正是基于两种方法的优缺点比较与适用条件分析，来研究在岩巷掘进中如何选择掘进施工方法这一重要课题。
1.钻爆法掘进
钻爆法在我国岩巷掘进中仍占据很大比重。其主要优点是作业准备快，对岩石适应性强， 移动灵活，对技术故障和遇到地质断层较容易处理，而且工效高、成本低。近年来钻爆法在施工机械设备与施工技术方面均有很大的改进和提高，，但仍存在其平均掘进速度较低，难以组织多工序交叉作业，各工序技术水平参差不齐，爆破时常产生超爆，有炮烟危害等缺点。凿岩爆破占到施工时间的1/3～1/2，是整个施工方法中的主要工序。传统凿岩爆破采用气腿式轻型凿岩机，此机移动灵活，便于操作，占地面积小，可多台钻机同时钻眼，并且可以钻装平行作业。但在劳动强度、打眼速度和深度方面限制较大。上世纪中后期液压凿岩机逐渐运用在岩石强度较低的巷道掘进中，主要优点为：①钻眼速度快、效率高，一般在中硬岩中钻速可以达到1.5～2.0m/min，冲击效率可达45%～55%，能量利用率为30%～40%；②推力恒定、无回弹现象、噪声小、油雾少，改善了工作环境；③扭矩大，可钻深孔、大孔，为深孔光面爆破提供了有利条件。
使用炸药的破岩成本远比机械破岩低。在对2种方法进行比较时，主要看钻孔和机械开挖的能耗指标。在硬岩中采用掘进机掘进时电耗为9～22kw.h/m3，用风动凿岩设备每钻1m炮孔的电耗为0.9～1.6kw.h/m3，如每平方米工作面上钻4个炮孔，正常情况下电耗为4kw.h/m3。
2.综合机械化掘进
2.1全断面掘进机
全断面掘进机的优点是：开拓速度比钻爆法高，作业成本与固定成本之比较为有利，因此具用较好的的经济价值。全断面掘进机不仅掘进施工速度快，而且与钻爆法相比，成本也不会太高，而且新掘进巷道稳固性较好。其缺点是：①必须保持掘进作业不中断，只有掘进较长巷道并保持较高的掘进速度才较为经济；②多数全断面掘进机只能掘进圆形断面巷道，下部需要回填；③不能开挖支巷及弯道等；④全套设备投资很高，装拆运输费用也很高；⑤难以通过断层。
2.2部分断面掘进机
采用部分断面掘进机掘进的主要优点是：可提高沿岩石层理巷道的掘进速度，改善经济效益；岩层整体性不受破坏；可按设计断面掘进，从而可改善支护条件和降低维修费用；可迅速探明采区情况，提早作回采准备，事故率低等。但是这种掘进方法也有一定的缺陷：①机械设备昂贵，还需要附加通风除尘、中间运输工具以及后续设备的投资；②准备工作量大（运输前的拆卸、巷道中的运输及安装等）；③考虑经济性要求，掘进巷道长度不应小于600m；④设备笨重庞大，移动及转弯不方便；⑤遇到含有大量的硬岩时截齿极易磨损，导致掘进速度和经济效益都会降低；掘进机及配套设备转移到新的作业点花费时间较多；⑥起始作业和设备安装空间仍需用其他方法代替，设备的利用率即纯掘进时间多在30%以下。
3.掘进方法选择的影响因素
（1）岩石抗压强度。岩石抗压强度是影响掘进施工经济性的主要因素，即选择掘进施工方法时应根据岩石抗压强度做出合理选择，如在巷道岩石普氏系数极大的情况下不易采用部分断面掘进机掘进，而钻爆法和全断面掘进机掘进比较适宜。如果采用全断面掘进机掘进，那么就需考虑设备投资与刀具成本问题。影响刀具成本的相关因素除岩石抗压强度外，还要考虑岩石磨蚀性。一般来说，岩石磨蚀性越大，则刀具磨损程度也就越剧烈。就目前面言，全断面掘进机的极限切割速度为70～120m/min，超过这个极限值刀具的磨损程度同样会加剧。
（2）岩层对掘进机的支撑条件。全断面掘进机必须依托可靠支撑才能充分利用钻进推力，这是它与钻爆法、部分断面掘进的根本不同之处掘进不同。在不稳定岩层中，岩层提供的支撑力不强，导致全断面掘进机需要设计成护盾模式，因此增加了其设计成本。
（3）运输及装配。使用全断面掘进机，迁移和安装是个重要问题。在矿井和主巷道中运输时拆卸成零部件，而裝配时需要一定的空间（长25m，净断面50m2），另外为了从装配地点开始掘进，还要掘10m长的筒状起始巷道，其直径应比全断面掘进机刀盘大20cm左右。使用部分断面掘进机时，掌握并组织好运输装配，掘进支巷和弯道以及穿过断层的作业是经济掘进的重要前提。
（4）对地质断层的适应性。地质断面对于各种掘进方式都是不可忽视的因素。提高整个机械化掘进系统利用率的另一个前提是掘进机在破碎岩石中掘进时必须得到可靠的支撑，并能顺利通过地质断层。在这种条件下，比较灵活的钻爆法掘进优于掘进机掘进，但随着机械化程度的提高，钻爆法掘进的优势在降低。
（5）岩体控制与稳定性。全断面掘进与钻爆法掘进相比，除了掘进速度高外，还有一些系统本身固有的优点，如开挖出的巷道帮壁较光滑，有利于支护；可以靠近工作面紧接着掘进连续进行支护；支护受力均匀，其承载能力比与岩石贴合不良的支护大数倍。而钻爆法往往造成围岩松动。采用部分断面掘进机掘进往往也不能准确地按设计断面掘出巷道。国外曾对18条回采巷道（煤层厚1.8m）的掘进超差情况作了测量，有11条钻爆掘进的巷道平均超差2cm，最高超差28cm。7条巷道用部分断面掘进机掘进平均超差29cm，最高超差38cm，如果采用光面爆破技术，钻爆法掘进的结果肯定会更好一些。断面超差问题对掘进的经济性有重要关系。
（6）除尘。在钻爆法掘进中可以采用湿式凿岩防尘，爆破作业结束后用通风机将烟尘排除。掘进机掘进中的除尘是个大问题。全断面掘进机掘进时除尘耗费极高，且要求不间断掘进。部分断面掘进机掘进也需要大功率除尘设备。行之有效的方法是发展干式除尘机。人们正在研制小型大功率的除尘设备以适应转弯行进。深部掘进时由于地温较高，加之机电设备不断放热，还要使用空调设备。
（7）掘进速度和机械利用率。掘进机掘进的主要优点是平均掘进速度高，纯掘进速度和机械利用率是巷道掘进机2个重要的指标。纯掘进速度可根据刀盘每旋转一周滚刀的切人深度和刀盘转速来确定。刀具切人深度除了与岩石条件有关外，还取决于刀盘的结构，刀具的种类、数量及其配置等情况。提高机械的利用率是加快掘进速度的关键，这要求对其配套作业进行很好的组织。通常支护时掘进机工作间断时间过长，导致部分断面掘进机利用率大多不超过30%。
4.结论
（1）钻爆法与掘进机掘进法都存在各自的优缺点与适用条件，在岩巷掘进施工方法选择时两都的优缺点与适用条件应做为重要参考。
（2）文中分析了掘进方法选择的影响因素，至于选择何种方法，应结合矿井掘进施工条件，并综合分析所列因素，从而做出最优选择。
【参考文献】
[1]赵雷，孙明新，陈文俊.论提高岩巷掘进速度的方法与实践[J].科技信息，2011（04）.
[2]胡志云.煤矿岩巷快速掘进方法的应用[J].科技创新与应用，2012（08）.
[3]杨荣国.浅析煤矿岩巷快速掘进方法[J].才智，2013（02）.
【关键词】煤矿；岩巷掘进；钻爆法；掘进机掘进法；选择与优化
0.前言
岩巷掘进工程是矿井建设的重要组成部分。由于岩巷岩石普氏系数f较大，使得巷道施工过慢成为矿井建设的阻力。目前我国采用的破岩掘进施工方法大体可分为两类，一是钻爆法，二是掘进机掘进法，两种方法各有优缺点，并有各自的适用条件。本文正是基于两种方法的优缺点比较与适用条件分析，来研究在岩巷掘进中如何选择掘进施工方法这一重要课题。
1.钻爆法掘进
钻爆法在我国岩巷掘进中仍占据很大比重。其主要优点是作业准备快，对岩石适应性强， 移动灵活，对技术故障和遇到地质断层较容易处理，而且工效高、成本低。近年来钻爆法在施工机械设备与施工技术方面均有很大的改进和提高，，但仍存在其平均掘进速度较低，难以组织多工序交叉作业，各工序技术水平参差不齐，爆破时常产生超爆，有炮烟危害等缺点。凿岩爆破占到施工时间的1/3～1/2，是整个施工方法中的主要工序。传统凿岩爆破采用气腿式轻型凿岩机，此机移动灵活，便于操作，占地面积小，可多台钻机同时钻眼，并且可以钻装平行作业。但在劳动强度、打眼速度和深度方面限制较大。上世纪中后期液压凿岩机逐渐运用在岩石强度较低的巷道掘进中，主要优点为：①钻眼速度快、效率高，一般在中硬岩中钻速可以达到1.5～2.0m/min，冲击效率可达45%～55%，能量利用率为30%～40%；②推力恒定、无回弹现象、噪声小、油雾少，改善了工作环境；③扭矩大，可钻深孔、大孔，为深孔光面爆破提供了有利条件。
使用炸药的破岩成本远比机械破岩低。在对2种方法进行比较时，主要看钻孔和机械开挖的能耗指标。在硬岩中采用掘进机掘进时电耗为9～22kw.h/m3，用风动凿岩设备每钻1m炮孔的电耗为0.9～1.6kw.h/m3，如每平方米工作面上钻4个炮孔，正常情况下电耗为4kw.h/m3。
2.综合机械化掘进
2.1全断面掘进机
全断面掘进机的优点是：开拓速度比钻爆法高，作业成本与固定成本之比较为有利，因此具用较好的的经济价值。全断面掘进机不仅掘进施工速度快，而且与钻爆法相比，成本也不会太高，而且新掘进巷道稳固性较好。其缺点是：①必须保持掘进作业不中断，只有掘进较长巷道并保持较高的掘进速度才较为经济；②多数全断面掘进机只能掘进圆形断面巷道，下部需要回填；③不能开挖支巷及弯道等；④全套设备投资很高，装拆运输费用也很高；⑤难以通过断层。
2.2部分断面掘进机
采用部分断面掘进机掘进的主要优点是：可提高沿岩石层理巷道的掘进速度，改善经济效益；岩层整体性不受破坏；可按设计断面掘进，从而可改善支护条件和降低维修费用；可迅速探明采区情况，提早作回采准备，事故率低等。但是这种掘进方法也有一定的缺陷：①机械设备昂贵，还需要附加通风除尘、中间运输工具以及后续设备的投资；②准备工作量大（运输前的拆卸、巷道中的运输及安装等）；③考虑经济性要求，掘进巷道长度不应小于600m；④设备笨重庞大，移动及转弯不方便；⑤遇到含有大量的硬岩时截齿极易磨损，导致掘进速度和经济效益都会降低；掘进机及配套设备转移到新的作业点花费时间较多；⑥起始作业和设备安装空间仍需用其他方法代替，设备的利用率即纯掘进时间多在30%以下。
3.掘进方法选择的影响因素
（1）岩石抗压强度。岩石抗压强度是影响掘进施工经济性的主要因素，即选择掘进施工方法时应根据岩石抗压强度做出合理选择，如在巷道岩石普氏系数极大的情况下不易采用部分断面掘进机掘进，而钻爆法和全断面掘进机掘进比较适宜。如果采用全断面掘进机掘进，那么就需考虑设备投资与刀具成本问题。影响刀具成本的相关因素除岩石抗压强度外，还要考虑岩石磨蚀性。一般来说，岩石磨蚀性越大，则刀具磨损程度也就越剧烈。就目前面言，全断面掘进机的极限切割速度为70～120m/min，超过这个极限值刀具的磨损程度同样会加剧。
（2）岩层对掘进机的支撑条件。全断面掘进机必须依托可靠支撑才能充分利用钻进推力，这是它与钻爆法、部分断面掘进的根本不同之处掘进不同。在不稳定岩层中，岩层提供的支撑力不强，导致全断面掘进机需要设计成护盾模式，因此增加了其设计成本。
（3）运输及装配。使用全断面掘进机，迁移和安装是个重要问题。在矿井和主巷道中运输时拆卸成零部件，而裝配时需要一定的空间（长25m，净断面50m2），另外为了从装配地点开始掘进，还要掘10m长的筒状起始巷道，其直径应比全断面掘进机刀盘大20cm左右。使用部分断面掘进机时，掌握并组织好运输装配，掘进支巷和弯道以及穿过断层的作业是经济掘进的重要前提。
（4）对地质断层的适应性。地质断面对于各种掘进方式都是不可忽视的因素。提高整个机械化掘进系统利用率的另一个前提是掘进机在破碎岩石中掘进时必须得到可靠的支撑，并能顺利通过地质断层。在这种条件下，比较灵活的钻爆法掘进优于掘进机掘进，但随着机械化程度的提高，钻爆法掘进的优势在降低。
（5）岩体控制与稳定性。全断面掘进与钻爆法掘进相比，除了掘进速度高外，还有一些系统本身固有的优点，如开挖出的巷道帮壁较光滑，有利于支护；可以靠近工作面紧接着掘进连续进行支护；支护受力均匀，其承载能力比与岩石贴合不良的支护大数倍。而钻爆法往往造成围岩松动。采用部分断面掘进机掘进往往也不能准确地按设计断面掘出巷道。国外曾对18条回采巷道（煤层厚1.8m）的掘进超差情况作了测量，有11条钻爆掘进的巷道平均超差2cm，最高超差28cm。7条巷道用部分断面掘进机掘进平均超差29cm，最高超差38cm，如果采用光面爆破技术，钻爆法掘进的结果肯定会更好一些。断面超差问题对掘进的经济性有重要关系。
（6）除尘。在钻爆法掘进中可以采用湿式凿岩防尘，爆破作业结束后用通风机将烟尘排除。掘进机掘进中的除尘是个大问题。全断面掘进机掘进时除尘耗费极高，且要求不间断掘进。部分断面掘进机掘进也需要大功率除尘设备。行之有效的方法是发展干式除尘机。人们正在研制小型大功率的除尘设备以适应转弯行进。深部掘进时由于地温较高，加之机电设备不断放热，还要使用空调设备。
（7）掘进速度和机械利用率。掘进机掘进的主要优点是平均掘进速度高，纯掘进速度和机械利用率是巷道掘进机2个重要的指标。纯掘进速度可根据刀盘每旋转一周滚刀的切人深度和刀盘转速来确定。刀具切人深度除了与岩石条件有关外，还取决于刀盘的结构，刀具的种类、数量及其配置等情况。提高机械的利用率是加快掘进速度的关键，这要求对其配套作业进行很好的组织。通常支护时掘进机工作间断时间过长，导致部分断面掘进机利用率大多不超过30%。
4.结论
（1）钻爆法与掘进机掘进法都存在各自的优缺点与适用条件，在岩巷掘进施工方法选择时两都的优缺点与适用条件应做为重要参考。
（2）文中分析了掘进方法选择的影响因素，至于选择何种方法，应结合矿井掘进施工条件，并综合分析所列因素，从而做出最优选择。
【参考文献】
[1]赵雷，孙明新，陈文俊.论提高岩巷掘进速度的方法与实践[J].科技信息，2011（04）.
[2]胡志云.煤矿岩巷快速掘进方法的应用[J].科技创新与应用，2012（08）.
[3]杨荣国.浅析煤矿岩巷快速掘进方法[J].才智，2013（02）.