快掘装备在半煤岩巷中的高效破岩技术应用研究

引言：随着煤矿开采深度与强度的增加，半煤岩巷掘进效率成为制约煤矿生产的关键因素。传统破岩方式存在效率低、能耗大等问题。快掘装备的出现为解决这一难题提供了新途径，对其在半煤岩巷高效破岩技术的应用研究具有重要现实意义。

1. 快掘装备概述

1.1 装备结构与工作原理

快掘装备主要由截割部、行走部、装载运输部、液压系统、电气系统以及控制系统等部分组成。截割部通常配备高强度的截齿，在电机或液压马达驱动下高速旋转，对半煤岩巷的岩石与煤炭进行切割破碎。行走部为装备提供稳定的移动能力，确保在不同工况下能够顺利前行或后退，其履带式或轮式设计可根据巷道底板条件灵活选择，以适应复杂的地质环境并保证行走的平稳性与可靠性。装载运输部负责将截割下来的物料收集并转运至后续运输设备或储料仓中，一般采用铲斗或刮板输送机等结构，通过合理的设计优化，实现高效的物料装载与输送作业。液压系统为各执行机构提供动力支持，通过控制液压油的流向与压力，精确地驱动截割头的摆动、升降，行走部的前进、后退以及装载运输部的动作等，确保装备各部件协调有序运行。电气系统则为整个快掘装备提供电力供应与电气控制，包括电机驱动、传感器信号采集与传输、控制面板操作等功能，保障装备的正常运行与智能化控制。

1.2 装备性能特点

快掘装备具有诸多显著的性能特点。其一，高效性是其突出优势，通过优化的截割设计与强大的动力系统，能够快速地对半煤岩巷进行破岩作业，大幅提高掘进速度，缩短巷道开拓时间，有效提升煤矿开采效率。其二，具备较强的适应性，无论是不同硬度的煤层与岩层组合，还是复杂多变的地质构造，如断层、褶皱等区域，快掘装备均可通过调整运行参数、更换部分截齿或配件等方式，保持较好的破岩效果与工作性能，减少因地质条件变化导致的停工时间。其三，快掘装备的自动化程度较高，借助先进的传感器技术与控制系统，能够实现自动截割、自动装载、自动行走等功能，降低了人工操作的劳动强度与误差风险，提高了作业的安全性与准确性。

2. 半煤岩巷破岩技术分析

2.1 机械破岩技术原理

机械破岩技术主要基于岩石的破碎机理，通过快掘装备的截割头对岩石施加外力，使其发生破裂与碎裂。当截割头高速旋转并切入岩石时，截齿与岩石表面相互作用，在岩石内部产生压应力、剪应力以及拉应力等复杂应力状态。在压应力作用下，岩石颗粒间的连接被破坏，形成局部的压碎区；剪应力则使岩石沿着一定的剪切面发生滑移与错动，进一步加剧岩石的破碎；而拉应力容易导致岩石产生裂纹并扩展，最终使岩石从整体上分裂成小块。快掘装备通过不断调整截割头的轨迹、速度与压力，持续对岩石进行破碎作业，将岩石逐步破碎成适合装载与运输的块度，从而实现半煤岩巷的破岩目的。

2.2 机械破岩技术优势

机械破岩技术在半煤岩巷中的应用具有多方面优势。相较于传统的爆破破岩方式，机械破岩避免了爆破产生的震动、噪声以及爆破飞石等安全隐患，保障了井下作业人员与设备的安全。在巷道成型质量方面，机械破岩能够更加精准地控制截割尺寸与形状，使巷道轮廓符合设计要求，减少了超挖与欠挖现象，提高了巷道的稳定性与支护效果。此外，机械破岩不受炸药等火工品供应与存储的限制，可根据生产计划灵活安排作业，提高了生产的连续性与可控性。而且，机械破岩产生的粉尘量相对爆破作业较少，有利于井下通风系统的粉尘治理与空气质量改善，同时也降低了因粉尘爆炸带来的安全风险。从长期运营成本来看，虽然快掘装备的初始投资较大，但由于其减少了爆破器材的消耗、降低了巷道支护成本以及提高了设备的使用寿命等因素综合影响，在一定程度上能够降低半煤岩巷掘进的整体成本，提高煤矿企业的经济效益与社会效益。

3. 快掘装备应用策略

3.1 装备选型与配套

在半煤岩巷快掘装备选型时，需充分考虑巷道的地质条件、断面尺寸、掘进长度以及生产任务等因素。对于地质条件复杂、岩石硬度较高的半煤岩巷，应选用截割功率大、截齿强度高且耐磨的快掘装备，以确保能够有效地破碎坚硬岩石，保证掘进进度。根据巷道断面尺寸选择合适的装备规格，确保装备在巷道内能够合理布局，充分发挥其性能优势，避免因装备过大或过小而导致作业空间受限或资源浪费。同时，要注重装备的配套性，除了主体快掘装备外，还需配备相应的运输设备、供电设备、除尘设备以及支护设备等，形成完整的掘进作业线。运输设备的能力要与快掘装备的破岩产量相匹配，保证物料能够及时运出，避免出现物料堆积影响掘进作业的情况；供电设备要具备稳定的供电能力与足够的容量，满足快掘装备及其他配套设备的用电需求；除尘设备要能有效控制作业面的粉尘浓度，符合井下环保要求；支护设备要便于操作且能够及时为巷道提供可靠的支护，确保掘进与支护作业的协同进行，从而构建高效、稳定的半煤岩巷快掘系统。

3.2 施工工艺优化

为提高快掘装备在半煤岩巷中的破岩效率，需要对施工工艺进行优化。首先，优化截割工艺参数，根据岩石的硬度、韧性等特性，合理调整截割头的速度、截割深度、截割顺序等参数。例如，对于硬度较大的岩石层，可采用较低的截割速度、较小的截割深度，并按照分层分段的方式进行截割，先从岩石的薄弱部位入手，逐步向内部扩展，以降低截割阻力，提高破岩效果；而对于较软的煤层或岩石层，可以适当提高截割速度与深度，加快掘进速度。其次，优化巷道掘进工序组织，采用平行作业或交叉作业的方式，合理安排破岩、装载、运输、支护等工序的时间与空间顺序，减少工序间的等待时间与相互干扰。例如，在快掘装备进行破岩作业的同时，可安排部分工人进行上一循环的支护工作或下一循环的准备工作，使各工序紧密衔接，实现不间断的连续掘进作业。

3.3 应用效果评估

快掘装备在半煤岩巷中的应用效果评估是持续改进与优化应用策略的重要依据。评估指标应涵盖多个方面，包括掘进速度、破岩效率、巷道成型质量、设备故障率、能源消耗以及经济效益等。掘进速度可通过统计单位时间内的巷道掘进长度来衡量，反映快掘装备在实际生产中的工作效率；破岩效率则可根据破岩量与能耗的比值进行计算，评估装备在破碎岩石过程中的能量利用效率；巷道成型质量通过检测巷道的宽度、高度、平整度以及超挖欠挖情况等指标来评价，直接影响巷道的稳定性与后续支护成本；设备故障率以设备在一定时间内出现故障的次数与总运行时间的比值表示，反映装备的可靠性与维护保养水平；能源消耗主要统计快掘装备及相关配套设备在掘进过程中的电力、燃油等能源消耗情况，与经济效益密切相关；经济效益则综合考虑设备购置成本、运行维护成本、掘进效率带来的收益以及巷道支护成本节约等因素，全面评估快掘装备应用的经济可行性。通过定期收集、分析这些评估指标数据，并与预期目标或同类型矿井的应用效果进行对比，能够及时发现快掘装备应用过程中存在的问题与不足之处，为进一步优化装备选型、施工工艺以及设备维护保养策略提供有力支持，推动快掘装备在半煤岩巷中的高效应用与技术发展。

结束语：快掘装备在半煤岩巷高效破岩技术中的应用可有效提升掘进效率与质量。未来需进一步优化装备性能与施工工艺，加强技术创新，推动快掘装备在煤矿开采领域的广泛应用，为煤炭行业的可持续发展贡献力量。

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