硬巖掘進(jìn)技術(shù)問題研究

董超

【摘 要】在巖巷掘進(jìn)作業(yè)中，發(fā)揮科技優(yōu)勢，引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)的生產(chǎn)裝備和工藝，提高和完善綜合機(jī)械化生產(chǎn)水平，使巖巷的掘進(jìn)速度大幅度提高。實(shí)踐表明，硬巖掘進(jìn)機(jī)以及配套工藝的成功應(yīng)用，改變了全巖巷道炮掘的歷史，引領(lǐng)全巖巷道施工工藝實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。本文分析了硬巖掘進(jìn)帶來的效益，并指出改進(jìn)的方向。

【關(guān)鍵詞】硬巖掘進(jìn)；科技優(yōu)勢；綜合效益

1.問題提出

-460水平軌道大巷斷面寬4.3m、高3.8m，凈斷面積為16.42m2。長度為520m。巷道沿煤12s-2頂板掘進(jìn)，其巖性為黑色碳質(zhì)粘土巖和深灰色砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)。雖然其巖石較為堅(jiān)硬，堅(jiān)固性系數(shù)f值在5～8之間，但圍巖層理、裂隙發(fā)育，易發(fā)生偏幫、冒頂?shù)仁鹿省?/p>

-460水平軌道大巷采用錨、網(wǎng)、噴支護(hù)。此巷道屬于未開發(fā)區(qū)域。勞動組織為為“三八”作業(yè)制，兩掘一噴，六、兩班進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)，十點(diǎn)班進(jìn)行噴漿、檢修作業(yè)。

根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，在掘進(jìn)過程中會遇到運(yùn)輸、粉塵、噴射混凝土速度等問題影響施工的速度和施工人員的身體健康。為了保障掘進(jìn)工作的順利進(jìn)行，我們在設(shè)計(jì)和施工時(shí)采取了相應(yīng)的措施。

2.實(shí)施方案

2.1完善運(yùn)輸渠道

為提高掘進(jìn)速度和效率，決定采用硬巖掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行施工。為保證掘進(jìn)機(jī)出巖效率，掘進(jìn)機(jī)后配套轉(zhuǎn)載及寬1m的皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)，將煤矸運(yùn)至矸石倉，以保證出矸的連續(xù)性。

由于巷道一側(cè)擺放了1m皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)，影響了軌道運(yùn)輸，使物料運(yùn)送和存儲難度加大，進(jìn)而影響噴射混凝土作業(yè)，導(dǎo)致進(jìn)尺降低。為此，在巷道施工1000m左右時(shí)，施工一個(gè)長50m的大斷面巷，形成一個(gè)車場，降低巷道物料運(yùn)輸難度；采用車頭進(jìn)行運(yùn)輸，提高運(yùn)料速度。

2.2增加降塵措施

選擇掘進(jìn)機(jī)作業(yè)及噴漿作業(yè)的降塵、防塵方法是我們的工作重點(diǎn)。我們采取了一系列措施來實(shí)現(xiàn)降塵和防塵。

2.2.1掘進(jìn)機(jī)作業(yè)除塵

僅憑掘進(jìn)機(jī)自帶的噴霧降塵裝置無法完全消除掘進(jìn)作業(yè)產(chǎn)生的粉塵。為此，采取了以下措施：

①在掘進(jìn)機(jī)自帶的內(nèi)外噴霧基礎(chǔ)上，增加噴霧位置和噴霧口的數(shù)量，并安裝加壓泵，將水壓由原來的1MPa增加至4MPa。

②在掘進(jìn)機(jī)后轉(zhuǎn)載上方增加了一套2×15kW抽出式除塵風(fēng)機(jī)，將負(fù)壓風(fēng)筒接至掘進(jìn)機(jī)切割頭處，將迎頭粉塵吸入并引至水箱中。

③在距迎頭50m處安設(shè)噴霧裝置。通過上述方式，除塵效率達(dá)到了95%以上。

2.2.2噴射混凝土除塵

為了解決噴射混凝土作業(yè)粉塵的難題，引進(jìn)了全封閉式除塵噴漿機(jī)。該噴漿機(jī)的除塵原理是，整個(gè)噴漿機(jī)密閉，只留上料入口；利用噴漿機(jī)電機(jī)帶動扇葉，扇葉旋轉(zhuǎn)將煙塵吸入粉塵室集塵；在上料機(jī)給料軸上安設(shè)噴霧裝置，保證了給料期間的有效降塵。

2.2.3個(gè)人防護(hù)

引進(jìn)一種同行業(yè)內(nèi)較為先進(jìn)的防塵口罩，做好防塵工作的最后一道防線。通過上述方法，全方位提升了降塵的效果，保障了工人的身心健康。

2.3提高噴射混凝土支護(hù)速度

采用掘進(jìn)機(jī)施工后掘進(jìn)速度加快，每天平均進(jìn)尺達(dá)到7.2m。而噴射混凝作業(yè)最快也就是每班3.6m，噴射混凝土作業(yè)滯后掘進(jìn)作業(yè)的問題凸顯。為保證正規(guī)循環(huán)作業(yè)有序進(jìn)行，采用了以下方案：

①與中國煤炭科工集團(tuán)南京研究所合作，論證了噴射混凝土的作用。理論和實(shí)踐表明，在當(dāng)前支護(hù)技術(shù)條件下，噴射混凝土的主要作用是對巷道圍巖的封閉，防止巖石風(fēng)化。為此，決定降低巷道噴漿厚度，將噴射混凝土厚度由原來的150mm降至50～100mm。降低噴射混凝土厚度后，將以往為封閉7.2m圍巖所需噴射的15車混凝土料降低至10車混凝土料，從而保證了掘進(jìn)的進(jìn)度。

②以往在噴射混凝土作業(yè)時(shí)，由于骨料陶粒土與水泥采用人工拌合，出現(xiàn)料拌不均勻的問題；由于人工上料不及時(shí)，出現(xiàn)噴射混凝土料不連續(xù)的問題?；炷亮吓浔炔痪鶆?、不能連續(xù)供料導(dǎo)致噴射混凝土的回彈率大幅度增加。采用螺旋桿式上料機(jī)，不僅保證了混凝土配比的均勻性，也提高注上料速度，保障了噴射混凝土出料的連續(xù)性，使回彈率由原來的20%下降到了10%，噴漿速度提高了。

2.4其他方面的措施

（1）支護(hù)技術(shù)改進(jìn)。

采用錨、網(wǎng)、噴支護(hù)。原網(wǎng)片規(guī)格為1000×1000（mm），網(wǎng)片之間搭接需要進(jìn)行綁接，造成了聯(lián)網(wǎng)質(zhì)量不好，錨桿間排距控制難度加大等問題?，F(xiàn)將網(wǎng)片尺寸改為2000×1000（mm），減少了網(wǎng)片的搭接，提高了網(wǎng)片整體支護(hù)質(zhì)量。

（2）巷道掘進(jìn)過程中，會遇到頂板破碎、壓力大等問題，采用常規(guī)錨、網(wǎng)、噴支護(hù)會造成巷道爆漿及變形。當(dāng)巷道遇到此類情況時(shí)，在后方進(jìn)行錨注加固修復(fù)，可大大延長巷道服務(wù)年限。

3.硬巖巷道綜掘效益分析

3.1掘進(jìn)速度明顯提高

普通炮掘日進(jìn)尺為平均3.2m，硬巖掘進(jìn)機(jī)綜掘平均日進(jìn)尺7.2m，最高達(dá)9m。掘進(jìn)機(jī)未發(fā)生較大事故停機(jī)問題，開機(jī)率為98%以上。

3.2提高了作業(yè)現(xiàn)場安全性

機(jī)械化作業(yè)，可適應(yīng)復(fù)雜多變的地質(zhì)環(huán)境，減少了欠挖、超挖和放炮對圍巖的破壞。杜絕了在炮掘作業(yè)出現(xiàn)的因處理欠挖造成的人身傷害。自使用硬巖掘進(jìn)機(jī)后，沒有出現(xiàn)過傷亡事故。

3.3綜合費(fèi)用降低

使用掘進(jìn)機(jī)后，雖然設(shè)備租賃和材料費(fèi)有所增加，但減少了其它費(fèi)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，直接費(fèi)用降低了32%。巷道制造成本為8000元/米，普通炮掘月進(jìn)60米，全月成本480000元；而機(jī)掘152.1米，全月成本1216800元。兩者相差736800元，剔除各種費(fèi)用分?jǐn)?，尤其是輔助費(fèi)用的節(jié)省，大幅度降低了綜合費(fèi)用。

3.4間接效益更加明顯

-460水平軌道大巷采用掘進(jìn)機(jī)工序掘進(jìn)26.6個(gè)月，如果采用炮掘每月按55m計(jì)算，完成進(jìn)尺需要53.3個(gè)月，因此-460水平軌道大巷采用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)比采用炮掘提前26.7個(gè)月完成施工，這為該礦-460水平軌道大巷的接替贏得時(shí)間。采用掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)線后，將極大緩解緊張局面，就按保證1個(gè)年產(chǎn)30萬噸的采煤工作面正常接替，噸煤利潤按100元計(jì)算，可年創(chuàng)利潤3000萬元。硬巖掘進(jìn)機(jī)投入開拓施工發(fā)揮了獨(dú)有的作用，為緩解乃至徹底解決我們開拓工程欠帳和銜接緊張的被動局面，找到了一條有效途徑。

3.5降低了人工成本和勞動強(qiáng)度

采用掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)線后，在與炮掘同等人數(shù)的情況下，將比炮掘人均單進(jìn)提高200%，每月人工費(fèi)節(jié)省34500元。減少了打眼裝藥、放炮等環(huán)節(jié)，明顯減輕了員工勞動強(qiáng)度。

4.改進(jìn)方向探討

4.1提高自動化程度

采用現(xiàn)代化測控技術(shù)，首先是掘進(jìn)機(jī)操作實(shí)現(xiàn)自動控制，包括推進(jìn)方向監(jiān)控、切割電機(jī)功率自控調(diào)節(jié)、切割斷面輪廓尺寸監(jiān)控等；其次是實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)工況監(jiān)測和故障診斷監(jiān)測。通過采用現(xiàn)代測控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，可以最大限度地提高掘進(jìn)機(jī)的使用效果，有利于改進(jìn)和完善快速掘進(jìn)技術(shù)。

4.2改變以往常規(guī)噴漿方式

傳統(tǒng)噴漿的噴射材料均為混凝土，噴射混凝土施工，工作量大，所產(chǎn)生的粉塵給人體帶來危害。采用對人體無毒無害的新型薄噴材料，可有效降低施工工作量，減少施工時(shí)間，及時(shí)封閉圍巖，降低對施工人員的傷害。

4.3臨時(shí)支護(hù)

國內(nèi)煤礦目前普遍使用的臨時(shí)支護(hù)方式為前探梁支護(hù)。前探梁支護(hù)影響著掘進(jìn)速度和施工效率，且安全性也不高。采用機(jī)載超前支護(hù)系統(tǒng)替代原有的前探梁支護(hù)，利用掘進(jìn)機(jī)本身液壓系統(tǒng)對其支撐，在不干擾掘進(jìn)機(jī)的運(yùn)動和截割作業(yè)功能的前提下，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè)，可降低工人施工強(qiáng)度，提高了掘進(jìn)效率，保障施工人員的人身安全。

5.結(jié)論

該礦是發(fā)展型礦井，由于近些年來礦井生產(chǎn)、擴(kuò)建同時(shí)進(jìn)行，生產(chǎn)區(qū)域銜接極度緊張。引進(jìn)、推廣新技術(shù)、新裝備以加快掘進(jìn)速度迫在眉睫。在-460水平軌道大巷投入使用硬巖掘進(jìn)機(jī)，極大提高了巷道進(jìn)尺效率，改善了作業(yè)環(huán)境，通過選用與其相配套的工藝及技術(shù)，已經(jīng)取得了明顯的綜合效益。