巖石巷道安全快速掘進(jìn)技術(shù)探析

曹志勇　張春華

摘要:針對硬巖巷道安全快速掘進(jìn)施工問題,探討了有關(guān)目前實(shí)現(xiàn)堅(jiān)硬巖石巷道安全快速掘進(jìn)需要解決的技術(shù)問題,重點(diǎn)探討了硬巖爆破新型高威力安全炸藥與相關(guān)爆破專家系統(tǒng)的研究方向,可供相關(guān)科技工作者參考借鑒。

關(guān)鍵詞:巖巷 安全 快速 掘進(jìn)

0 引言

隨著我國工業(yè)化水平逐步提高,能源的需求量日益增加,而80%的能源來自煤炭。巖巷工程是煤炭工業(yè)發(fā)展的基石,也是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要項(xiàng)工作[1]。巖巷快速掘進(jìn)是礦井水平、采區(qū)、采場“三大接替”順利進(jìn)行的根本保證。巖石巷道施工時(shí),如果巷道斷面大,完整堅(jiān)硬(f>12),前方構(gòu)造透明度低,勢必影響掘進(jìn)速度,進(jìn)而影響煤炭高產(chǎn)高效。為了實(shí)現(xiàn)巖巷掘進(jìn)速度的提高,滿足日益增長的煤炭需求,本文對現(xiàn)有的有關(guān)巖巷掘進(jìn)的裝備、技術(shù)等發(fā)展方向進(jìn)行了初步總結(jié)和分析。

1 快速掘進(jìn)機(jī)械配置

在巖石巷道掘進(jìn)施工時(shí),要根據(jù)巷道掘進(jìn)時(shí)巷道運(yùn)輸、通風(fēng)、排水、通訊、電力、高壓風(fēng)水管路、工人上下班及施工管理等具體情況,對機(jī)械配置、運(yùn)輸方式的選擇、鉆爆作業(yè)、運(yùn)輸裝碴作業(yè)、錨噴支護(hù)作業(yè)及機(jī)械車輛方案進(jìn)行合理調(diào)配,滿足施工需求[2]。

1.1 改進(jìn)設(shè)備裝備,提高機(jī)械化作業(yè)水平:機(jī)械設(shè)備要保證現(xiàn)場操作安全,提高掘進(jìn)效率,降低勞動強(qiáng)度,而且巷道成型要好。

1.2 合理布置裝運(yùn)碴作業(yè)線:所選擇的裝碴機(jī)械必須具備裝碴效率高,性能穩(wěn)定,堅(jiān)實(shí)耐用的特點(diǎn)。機(jī)車和礦車應(yīng)統(tǒng)一考慮,選擇大容量礦車必然要選擇大功率機(jī)車,二者必須匹配。還要考慮線路鋪設(shè)質(zhì)量和裝運(yùn)碴設(shè)備數(shù)量等因素。

1.3 改進(jìn)施工工藝,實(shí)現(xiàn)掘噴平行作業(yè):掘噴平行作業(yè)能有效縮短循環(huán)時(shí)間,有利于采用合理中深孔爆破,進(jìn)行大循環(huán)作業(yè),大大提高掘進(jìn)速度。

1.4 采用科學(xué)的施工組織和管理方法:組織正規(guī)循環(huán)作業(yè)和多工序平行交叉作業(yè),嚴(yán)格執(zhí)行一系列行之有效的管理制度,提高職工的業(yè)務(wù)素養(yǎng),確保機(jī)械設(shè)備的正規(guī)使用和爆破技術(shù)的嚴(yán)格執(zhí)行。

2 超前地質(zhì)探測技術(shù)研究

可靠準(zhǔn)確的巷道超前探測技術(shù)是巷道掘進(jìn)安全保障。多年來,世界各主要采煤國都投入了大量的人力物力對該技術(shù)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān),并取得了許多成果。但總的來說,對煤層巷道掘進(jìn)過程中所遇到的小構(gòu)造問題探測與分辨效果不太理想,因此必須進(jìn)行更加深入細(xì)致的探測技術(shù)手段研究。

目前國內(nèi)外在煤礦地質(zhì)探測方面除地質(zhì)理論預(yù)測和巷道、鉆探勘探技術(shù)外,主要采用礦井工程物探技術(shù)進(jìn)行,其方法手段有礦井震波法和礦井工程電法預(yù)測。但是由于礦井地質(zhì)條件的復(fù)雜性和地下介質(zhì)的多樣性與不均勻性,目前國內(nèi)外還沒有一個完全可靠的超前探測預(yù)測技術(shù)。我國礦井地質(zhì)工作雖然有了一定的裝備,但與采煤技術(shù)相比,在該領(lǐng)域的研究尚存在如下三個方面的技術(shù)問題:①受井下干擾因素影響,單一方法探測結(jié)果存在較大的誤差;②落差小于煤層厚度的斷層控制程度不足;③各種探測手段對于不同的礦井各有側(cè)重;④煤巖層的差異對于探測方法具有二重性,既是探測前提又是制約因素。因此,采用多種方法的綜合物探技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造探測將會對巖石巷道安全快速掘進(jìn)施工發(fā)揮關(guān)鍵性作用,是今后煤礦地質(zhì)探測技術(shù)的發(fā)展新方向[3]。

3 新型爆破炸藥與爆破專家系統(tǒng)研制

我國《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定,在具有沼氣(CH4)爆炸危險(xiǎn)的礦井,只容許采用三級煤礦許用炸藥進(jìn)行爆破作業(yè)。對于軟巖和煤,采用三級煤礦許用炸藥能夠滿足爆破破碎的需求,但是對于中硬以上(一般f>6)的巖石,現(xiàn)有的三級煤礦爆破破巖效果顯得不盡如人意。大量的生產(chǎn)實(shí)踐證明,對中硬巖石,采用三級煤礦許用炸藥,爆破的炮孔利用率低,巖巷掘進(jìn)效率低下,不能滿足煤礦建設(shè)和煤炭高效開采的需要。因此,研制適應(yīng)中硬巖以及硬巖巷道掘進(jìn)的高威力煤礦炸藥和適合高能安全炸藥的可靠的起爆器材是巷道掘進(jìn)技術(shù)的一大發(fā)展方向。所研制的高威力炸藥既要具有更高的爆炸能量水平又要具有足夠高的沼氣安全性,兩者必須兼顧。

目前,現(xiàn)場巖巷掘進(jìn)光面爆破施工作業(yè)圖表和爆破設(shè)計(jì)說明書的編制還都是手工作業(yè),誤差大、速度慢、強(qiáng)度高。并且多數(shù)情況下是一套說明書、一套炮眼布置圖和爆破參數(shù)表使用一條巷道,不能緊跟工作面巖石性能、炮孔深度等的變化而迅速調(diào)整更新,也就很難真正做到合理指導(dǎo)施工。特別是中深孔、深孔控制爆破技術(shù)方面專家系統(tǒng)的研究尚沒有現(xiàn)成的資料。因此,研制一套完整的適用于不同巷道斷面、不同巖性、不同炸藥、不同炮孔深度和炮孔直徑等施工條件下爆破施工設(shè)計(jì)說明書(包括爆破圖表、爆破參數(shù)和相關(guān)的安全技術(shù)措施等)對現(xiàn)場爆破作業(yè)具重大現(xiàn)場指導(dǎo)意義[4,5]。

4 巖巷道掘進(jìn)圍巖有害氣體監(jiān)測技術(shù)

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)踐,一般情況下巖石掘進(jìn)施工中瓦斯涌出量很少,但是如果巖石局部裂隙與上下煤層貫通、或有溶洞,掘進(jìn)時(shí)也會到瓦斯有害氣體的突然噴出現(xiàn)象。另外,巖石中如果存在有機(jī)質(zhì)含量高的炭質(zhì)夾層,掘進(jìn)中可能產(chǎn)生甲烷或著其他重?zé)N。這就需要在快速掘進(jìn)的同時(shí)配套瓦斯等有害氣體的監(jiān)測監(jiān)控。一要研究巖巷快速掘進(jìn)時(shí)地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域瓦斯等有害氣體異常涌出規(guī)律及監(jiān)測技術(shù);二要建立巖巷快速掘進(jìn)至地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域異常瓦斯災(zāi)害防治技術(shù)體系。力保巖巷快速掘進(jìn)監(jiān)測監(jiān)控的安全有效,保障巖巷掘進(jìn)安全快速。

5 結(jié)論

巖巷快速掘進(jìn)是礦井水平、采區(qū)、采場“三大接替”的根本保證,要解決巖巷安全快速掘進(jìn)問題,除了要合理配置巖巷掘進(jìn)機(jī)械和加強(qiáng)施工管理外,深入研究超前地質(zhì)探測技術(shù)、針對硬巖的新型高威力安全炸藥與爆破專家系統(tǒng)、快速掘進(jìn)圍巖有害氣體監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)。

參考文獻(xiàn):

[1]時(shí)召林.談?wù)劵茨系V區(qū)巖巷快速掘進(jìn)[J].科技信息,2008,17: 305.

[2]牛慶長.長大隧道快速掘進(jìn)機(jī)械配置[J].山西建筑.200834(16): 346~347.

[3]田劼,韓光,吳鈺晶.礦井獨(dú)頭巷道掘進(jìn)超前探測技術(shù)現(xiàn)狀[J].煤炭科學(xué)技術(shù).2006,34(8):17~19.

[4]陳士海.巖巷快速掘進(jìn)爆破技術(shù).工程爆破.1998.4(3):23~25.

[5]楊國春,王樹全,李棟國.硬巖隧道深孔爆破技術(shù)影響因素及參數(shù)的合理確定.長春工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2003.4(4):8~11.