花园煤矿创新预裂技术破解硬岩掘进难题 效率提升近4倍

问题——在煤矿岩巷掘进中,硬岩与断层叠加往往意味着“难掘、慢掘、尘大、耗损高”。

花园煤矿5311轨道顺槽作为阶段性生产重点区域,需要穿越JF153复杂断层带。

受岩性坚硬、结构破碎与应力变化等因素影响,传统掘进方式面临截割阻力大、刀具与液压系统负荷高、推进节奏易被打断等现实问题,造成进度滞后与作业环境压力同步上升。

如何在保障安全与质量的前提下提高进尺,成为该矿按期完成生产组织的关键。

原因——硬岩断层掘进效率低,表面看是“石头硬”,实质是多重约束叠加:一是断层带岩体完整性差、软硬互层明显,截割过程波动大,容易出现“卡机”“反复修整”;二是硬岩高强度导致综掘机截割部件受力增大,油缸等关键部位磨损与故障概率上升,维修占用有效工时;三是单纯依赖机械截割难以在短时间内有效改变岩体结构,碎裂不充分会诱发粉尘增加、运输与支护衔接不顺,进一步拖慢循环效率。

对掘进而言,问题的核心不只是“切得动”,更在于“切得快、切得稳、切得干净”。

影响——效率、粉尘与设备损耗相互牵连。

掘进节奏放缓,会压缩后续采掘接续空间;煤尘量上升,对现场通风除尘与职业健康提出更高要求;设备持续高负荷运行,不仅推高维护成本,也可能在关键节点形成制约。

业内经验表明,硬岩断层段往往是影响矿井均衡生产的“瓶颈区”,必须通过工艺手段实现对岩体可控改造,把不确定性降到最低。

对策——以技术创新“先改岩、再掘进”。

在矿生产计划部署中,花园煤矿明确提出将预裂技术用实用好,随即成立专班制定专项方案,从钻孔布置、参数设定到施工管控实施全过程跟进。

在现场应用中,技术团队采用多孔脉冲协同共振精准水力预裂方式,对硬岩进行定向弱化与预先破裂:在孔位设计上,采用“三花布置”优化预裂孔分布,提高裂隙覆盖的均匀性;在施工控制上,结合顶板、底板角度变化动态调整钻孔角度,确保裂隙导向与掘进走向匹配;在关键参数上,严格把控预裂压力、封堵质量等环节,提升能量作用效率,减少“跑浆”“失效孔”等风险;在过程管理上,引入实时统计“预裂孔深度、预裂范围、截割时间”等数据的方法,以数据闭环指导参数微调,逐步沉淀为可复制、可推广的作业经验。

技术应用成效逐步显现。

数据显示,岩巷截割效率较原先提升近四倍,掘进工区实现6小时内“1次2排”的截割效率目标。

同时,各迎头配备四部钻机集中作业,支护效率提升近20%,实现掘进速度与支护强度同步提升。

随着岩体预裂后结构更易破碎,现场截割粉尘含量得到降低,综掘机油缸等设备的受力与磨损也相应减轻,为连续作业创造更稳定的装备条件。

目前,5311轨道顺槽通过JF153断层的掘进任务正稳步推进。

前景——从“单点提速”走向“体系增效”。

业内观察认为,硬岩巷道治理的方向正在从依赖设备功率与人工经验,转向工艺改造与精细化管控并重。

花园煤矿此次实践表明,通过对岩体进行精准预裂并配套数据化管理,可在效率、安全、成本三方面形成协同收益:一方面,为后续类似地质条件下的掘进提供可参照的工艺参数与组织模式;另一方面,有助于推动矿井机械化、自动化水平提升,在更大范围内实现“以工艺减负、以数据提质”。

下一步,若能在不同岩性、不同断层组合条件下持续优化参数区间,完善标准化流程,并与通风除尘、装备维保、工序衔接等系统协同,将进一步释放技术红利,提升矿井均衡生产能力。

技术创新是推动产业进步的根本动力。

花园煤矿在硬岩掘进领域取得的突破,不仅解决了当前的生产难题,更为煤炭行业的机械化、智能化转型探索出一条切实可行的路径。

从依靠传统经验到依托科学技术,从粗放生产到精细管理,这一转变昭示着煤炭行业正在加速迈向高质量发展阶段。

未来,随着更多先进技术的应用推广,煤炭生产将在安全、高效、绿色的方向上不断取得新进展。