陕西陕煤榆北煤业有限公司陕西榆林719000
摘要：十三五期间根据国家创新、协调、绿色、开放、共享的新时代发展理念，煤矿行业迎来了转型发展的关键时刻，智慧矿山建设也步入了高速发展的阶段，本文以榆神矿区陕煤曹家滩千万吨级智慧煤矿建设实践为参考，文章以榆神矿区千万吨级综采智慧化采煤工作面采掘接续实际问题出发，提出了发展智慧采煤，必须有智慧化快速掘技术给予保障。作者以曹家滩矿井建设实践为依据，提出了通过设计外切眼，利用定向钻技术，重新构建智慧掘进通风系统的新设想，对于智慧掘进巷道设计、智慧快速设备研究、智慧掘进通风系统构建、智慧掘进超前灾害治理、智慧掘进工作面煤尘治理、智慧掘进机定向等方面均有借鉴意义。
关键词：榆神矿区；千万吨工作面；智慧煤矿系统建模；外切眼；定向钻
引言
本文依据陕煤曹家滩矿井建设实践，结合榆神矿区千万吨级智能采煤工作面生产实际，提出了智慧掘进的在智慧矿山建设的紧迫性，作者结合外切眼和定向钻等技术提出了智慧煤矿构建模型，对智慧煤矿建设发展具有一定的指导意义。
一、矿井概况
曹家滩公司隶属陕西煤业化工集团，项目承载着陕煤“北移”大战略，肩负陕煤智慧化矿山建设重任，是陕煤智慧化矿山建设的标杆矿井，井田位于陕西省榆林市北部，行政区划隶属榆林市榆阳区，首采煤层2-2#，平均煤厚11米，平均倾角不足1°，属低瓦斯矿井，直接顶为粉砂岩，直接底为砂质泥岩，开采条件极佳，矿井设计生产能力15.0Mt/a，工作面长度350米，顺槽长度6400米，设计采高7米，设计生产能力1500万吨/年，采面平均月推进度380米。
二、目前智慧化快速掘进存在的问题
榆神矿区千万吨级大采高综采工作面大都为走向长臂式布置，为了解决掘进期间的通风问题，工作面的进回风侧均采取了双巷布置，由于矿井回采强度高平均月推进度达380米，为保障接续正常，再考虑到联络巷、切眼施工，地板硬化、灾害治理、安装工作等时间，要求掘进工作面每月的进要达到1000米以上。因此为了保证智慧化采煤工作面的正常接续，发展智慧快速掘进技术迫在眉睫。
三、基于外切眼和定向钻技术的智慧掘进系统模型说明
我们认为所谓的智慧化快速掘进，除了解决掘进效率提高掘进进尺之外；还应当从掘进生产整个生产系统的改造入手，从巷道布置、支护方式设计、掘进通风、工作面除尘、工作面超前探灾、掘进机定向、后期快速地板硬化技术、风水电系统跟近等方面入手。
在巷道布置当方面，我们充分发挥外切眼的作用，如图所示外切眼是指设计在切眼的外侧和井田、采、盘区边界之间施工的沟通外回风顺槽和辅运顺槽的措施巷道，主要作用是保证矿井回采外围巷道的通风问题。利用它可以对后期采空区进行灾害监测和治理；利用外切眼为接续工作面的切眼和定向钻的施工提供了条件；利用外切眼可以实现接续面综采设备的提前安装、接续面回采前灾害治理超前治理工作；如果接续紧张还可以从外切眼对头施工顺槽巷道提高掘进效率。通过外切眼的设计施工其实是起到了为掘进巷道工作开辟了第二战场的作用。
在掘进通风除尘、超前灾害治理、掘进机定向等方面我们构想采用定向钻技术，如图所示，定向钻技术是指在接续工作面切眼形成后，主辅运顺槽未贯通前，从切眼顺槽贯通点，以相邻面地质资料为指导，反向施工定向钻，通过在钻机开口处安装瓦斯抽放泵等抽风机设备经过定向钻的孔洞实现掘进头的负压抽出式通风效果，可将传统掘进压入式通风变为抽出式，一并解决掘进工作面的除尘问题，直接减少人工接续风筒的工序，进而减少了工作面的煤尘，对改善掘进工作环境，保障掘进个人身体健康，意义重大。除此之外利用定向钻孔洞还可以解决顺槽掘进机定向问题、实现顺槽灾害探查，可进行掘进段超前水力压裂，超前探放水等工作。通过定向钻技术，等于是为掘进巷道系统安装了鼻子和眼睛，不仅实现了掘进巷道进回风系统的隔绝，提高通风除尘效率；而且通过对钻孔的勘查可提前掌握掘进巷道地质条件，有的放矢的解决各类隐患问题。
在掘进效率方面我们曹家滩公司已经和铁建重工、西安科技大学、陕煤技术研究院合作，共同研发了一套国内最大断面的快速掘进成套装备，通过配套锚杆台车，充分发挥了EJM270/4-2型掘锚一体机掘进效能，目前在曹家滩井下运行正常，在跟机支护的情况下已经实现了日进50米以良好成绩。在地板硬化方面通过地面施工输料孔解决物料运输问题，通过井下混泥土长距离输送泵可实现日地板硬化400米的效果；此外在管路安装方面我们计划购置井下专用的管路安装运输起吊设备可以减少人工装运强度实现井下风水管路安全高效安装。
四、其他问题说明
关于定向钻施工距离不足的问题，由于定向钻施工距离受限（目前国内近水平定向钻施工极限距离约3000米左右），如果顺槽距离超过3000米，就需要在首采面外回风顺槽或者接续面顺槽开口处进行接力或对头施工。
关于钻孔供风量、塌孔、吸尘处理问题，风量问题可以调节定向孔的施工数量和抽风设备的能力根据掘进面人数来确定；塌孔问题可以考虑孔内安装套管，安设清孔设施等解决；吸尘回收可以经过抽风设备集中处理。
关于定向钻孔的设计问题，由于施工受地质条件影响严重，所以建议施工前一定要要收集相邻面详尽的地质资料。指导钻孔施工，保证钻孔施工在顺槽巷道断面的中心位置以便于后期掘进期间有最大调整余量。
五、该项目效益分析
我们认为煤矿井下最大的效益就是安全，包括生产系统的安全和工人健康的安全，利用定向钻技术可以提前对掘进顺槽范围进行地质探查，保障了后期掘进施工的安全高效。利用外切眼保留采面外回和辅运顺槽的通风系统，对首采面采空区可实现有效监控和灾害治理，保障了综采工作面安全。利用钻孔将掘进巷道期间传统的压入式通风改成抽出式，使煤尘和生产空间隔离开来，煤尘通过钻孔被收集处理相当于掘进专用回风巷，不仅减少了掘进工人接续风筒的工序，最重要的是从根本上彻底改良了掘进施工环境，保障了职工身体健康。利用钻孔为后期智慧化掘进提供了定向引导的作用，通过对钻孔的深入利用可以实现对掘进甚至回采地质条件的最大限度掌握，保障了后期生产的最大安全。
六、结论
本文以陕煤曹家滩千万吨级智慧煤矿建设实践为基础，提出了智慧掘进系统的构建模型，通过外切眼和定向钻两项实用技术的应用有效解决了对智慧掘进系统建设中的接续紧张、通风、除尘、定向、灾害探查、监测、治理等问题，具有较高的现实指导意义。