高效掘進(jìn)技術(shù)在煤礦大斷面巖石巷道中的應(yīng)用探析

唐海軍

摘 要：軟巖巷道的掘進(jìn)是長期限制礦井開采的一個(gè)主要技術(shù)問題。對煤礦深部大斷面巷道機(jī)械化掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行探討，有效處理了巷道爆破等技術(shù)難題，維護(hù)了巷道的安全，實(shí)現(xiàn)了巷道的高效掘進(jìn)，使巷道施工在單進(jìn)和功效上提升到一個(gè)新水平，掘進(jìn)速度與原來相比提高了超過30%，解決了持續(xù)性生產(chǎn)問題。

關(guān)鍵詞：掘進(jìn)技術(shù)；煤礦；大斷面；巖石巷道

中圖分類號：TD263.3+2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）13-0040-02

為處理某煤礦公司新煤礦大斷面掘進(jìn)與炮眼利用率低，軟巖巷道在深度增加以后礦山壓力持續(xù)增大、圍巖條件變化很大、掘進(jìn)難度和技術(shù)要求增高等問題，新煤礦對掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了深入研究?，F(xiàn)場分析時(shí)，探討中深孔掏槽爆破，找出合適的爆破技術(shù)、支護(hù)設(shè)計(jì)和改進(jìn)工藝，使大斷面巷道實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)。

1 巷道機(jī)械化掘進(jìn)技術(shù)

目前，隨著煤礦大斷面巷道掘進(jìn)機(jī)械化技術(shù)的研究，國內(nèi)機(jī)械化掘進(jìn)技術(shù)在部分重點(diǎn)煤礦中已得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)前，鉆爆法機(jī)械化掘進(jìn)技術(shù)包括全液壓鉆車與側(cè)卸裝巖機(jī)配合使用、鉆裝瞄一體作業(yè)線、手持鑿巖機(jī)與耙斗裝巖機(jī)配合使用三種方法。國內(nèi)煤礦大斷面掘進(jìn)技術(shù)中較為常用的是手持鑿巖機(jī)與耙斗或者鏟斗裝巖機(jī)配合使用的生產(chǎn)模式。在這種掘進(jìn)技術(shù)下，每個(gè)月的掘進(jìn)距離通常為60～70 m。一些煤礦選擇全液壓鉆車與側(cè)卸裝巖機(jī)配合使用作業(yè)線，但是與國外普遍使用的全液壓鉆車與側(cè)卸裝巖機(jī)配合使用作業(yè)線、鉆裝瞄一體作業(yè)線比起來，國內(nèi)機(jī)械化掘進(jìn)技術(shù)的配套還不完整，施工工藝和組織管理還有不足之處。

1.1 深部巖巷控制爆破與應(yīng)用技術(shù)

選擇控制爆破掏槽參數(shù)，利用三維模型進(jìn)行試驗(yàn)，探討多孔掏槽與單孔爆破及小空孔對爆破的作用等，比較多孔爆破及多孔和單孔的爆破特性，分析保證掏槽效果、提升炮眼利用率和減小單耗的條件。

1.2 巖巷支護(hù)技術(shù)和優(yōu)化

錨噴支護(hù)在煤礦開采加深后，在深部巷道支護(hù)中，這種抗壓方法經(jīng)常無法較好地減少巷道變形，也達(dá)不到安全生產(chǎn)的要求。這項(xiàng)技術(shù)探討需要與快速掘進(jìn)工程融合起來，探討并提出了后抗支護(hù)方案和優(yōu)化設(shè)計(jì)，允許圍巖產(chǎn)生一定程度的變形，使圍巖趨向平衡，以確保巷道使用過程的穩(wěn)定性和安全性。

1.3 巖巷液壓鑿巖車和配套設(shè)備

現(xiàn)階段，煤礦巷道施工大部分選用風(fēng)動鑿巖機(jī)和耙矸機(jī)主要設(shè)備施工工藝，技術(shù)含量低下，掘進(jìn)效率無法令人滿意，很難有效提升進(jìn)尺水平。改變掘進(jìn)中大多數(shù)選擇風(fēng)動鑿巖機(jī)等專用設(shè)備為主施工工藝，解決液壓鑿巖車及裝巖機(jī)等在煤礦巖巷掘進(jìn)中的重要技術(shù)問題，達(dá)到以液壓鑿巖車和側(cè)斜裝巖機(jī)替換以往啟動鑿巖機(jī)的目的。

1.4 深部巷道掘進(jìn)技術(shù)和工藝

掘進(jìn)工序根據(jù)性質(zhì)分為主要工序和輔助工序兩種，怎樣合理安排工序施工是影響掘進(jìn)速度的關(guān)鍵因素。考慮目前已有掘進(jìn)設(shè)備、支護(hù)、施工技術(shù)與工藝中的難題，找出制約性和根本性原因，并通過現(xiàn)代理論和研究成果作出可行性探討，不斷改進(jìn)施工技術(shù)。很多輔助工序所用時(shí)間較短，而且具有一定的獨(dú)立性，因此在組織施工中，要盡量使輔助工序與主要工序交叉進(jìn)行，以提高掘進(jìn)速度，使其達(dá)到技術(shù)指標(biāo)。

2 探討成果

從探討軟巖巷道在爆破中關(guān)系到不同爆破技術(shù)理論開始，利用爆炸荷載檢測系統(tǒng)進(jìn)行動焦散實(shí)驗(yàn)。選擇動光彈研究的爆炸破裂規(guī)律，利用混凝土試件來模擬井下巖體進(jìn)行應(yīng)變測試。研究了面膜型爆生擴(kuò)展穿層的普通規(guī)律，選擇模型試驗(yàn)探討軟巖分階段爆破機(jī)制。爆生裂紋過節(jié)理時(shí)，不直接順著原來的方向，而是偏移某個(gè)長度距離后穿過節(jié)理面接著發(fā)展。遠(yuǎn)距離小空孔對提升掏槽結(jié)果、減少炸藥單耗切實(shí)有作用，作用程度和爆破介質(zhì)與炸藥消耗有關(guān)；多孔同時(shí)爆破產(chǎn)生的爆破漏斗和孔距與裝藥多少相關(guān)。在一定程度上擴(kuò)大炮孔間距可減小炸藥消耗，但是同時(shí)也降低了炮孔利用率。

參考新奧法。利用FLAC模擬與試驗(yàn)探討提出適合煤礦巖巷二次支護(hù)的措施與設(shè)計(jì)方案，允許圍巖發(fā)生一定程度的變形，使圍巖趨向平衡，較好地處理了年限較長的巷道的支護(hù)難題，確保支護(hù)效果，保證巷道在使用年限中盡可能減少維修，確保巷道在使用過程中的穩(wěn)定性和安全性，不阻礙安全生產(chǎn)，在一定程度上提升了掘進(jìn)效率。

針對該煤礦現(xiàn)場條件，探討鉆爆法機(jī)械作業(yè)大斷面巷道掘進(jìn)工藝，探討現(xiàn)行爆破和支護(hù)過程中的難題，應(yīng)用基本理論，處理了限制巖巷掘進(jìn)最重要的裝備、支護(hù)和工藝等難題，提升爆破效果，準(zhǔn)確掌握巷道成型，減小超欠挖量；提高巷道支護(hù)，有效減少材料耗費(fèi)與維修勞動量，降低巷道的維護(hù)費(fèi)用。

3 效果分析

3.1 對技術(shù)結(jié)果的探討

對于技術(shù)結(jié)果，可從以下兩方面著手進(jìn)行探討：①提高了巷道作業(yè)質(zhì)量，有效地增強(qiáng)了光面爆破的質(zhì)量控制。選擇巷道控制爆破方法，提升了爆破效果，保證巷道成型合理，較好地控制了超欠挖問題，對圍巖破壞較小，從而在較大程度上保持了圍巖的自身強(qiáng)度，增大了其自承能力。通過對新支護(hù)工藝在使用前后進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，以往的一次支護(hù)存在噴層柔性較差問題，容易造成噴體脫落等現(xiàn)象，不適合變形量較大的巷道；而選擇二次支護(hù)，其結(jié)果明顯比一次支護(hù)要好，提升了支護(hù)效果，降低了巷道維修量與維護(hù)費(fèi)用，對于支護(hù)圍巖生成承載結(jié)構(gòu)比以往更穩(wěn)固，更有助于巷道的安全施工和支護(hù)。②提升掘進(jìn)效率。選擇控制爆破，改善爆破參數(shù)，炮眼利用率大于95%，同時(shí)新型施工組織與支護(hù)措施的應(yīng)用，使循環(huán)進(jìn)程有較大的提高。在沒有較多設(shè)備的情況下，掘進(jìn)速度與以前相比有較大提高。根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)可知，每班的循環(huán)進(jìn)程能夠提升超出1.7 m，日進(jìn)尺可達(dá)到5 m，最大月進(jìn)尺超過90 m。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益的分析

3.2.1 直接效益

選擇紅矸石替換之前的砂石作為混凝土骨料，使用鑿巖車和裝巖機(jī)配套的施工技術(shù)，提升工程效果和施工進(jìn)程，減小了材料耗費(fèi)與維修量，提高了巷道工程單進(jìn)和工效。巷道施工新工藝的實(shí)施，對處理新煤礦中存在的問題、保證礦井在連續(xù)生產(chǎn)中達(dá)到高產(chǎn)與穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義。

3.2.2 間接效益

通過運(yùn)用機(jī)械掘進(jìn)，在較大程度上增加了員工的收入。施工斷面為22.5 m2的巷道，以往掘進(jìn)速度為2.0 m/d，月進(jìn)60 m；實(shí)施機(jī)械掘進(jìn)后，日進(jìn)情況已經(jīng)超過3 m，月進(jìn)尺超過90 m?？焖倬蜻M(jìn)施工用人少，較好地提高了功效。通過采用鑿巖車和裝巖機(jī)配套設(shè)備的施工技術(shù)，可進(jìn)行機(jī)械操作，避免近距離施工，提高了安全、可靠程度。

4 總結(jié)

新煤礦巷道的掘進(jìn)問題是長期限制礦井開采的關(guān)鍵技術(shù)難題，在很長一段時(shí)間內(nèi)，國內(nèi)的巷道掘進(jìn)多為每月60 m，使生產(chǎn)效率較難提高；再加上軟巖支護(hù)理論和經(jīng)驗(yàn)較少，造成巷道返修較多，甚至較難支護(hù)，不僅安全事故發(fā)生較多，還嚴(yán)重影響了員工的安全，也影響了我國對煤炭資源的開采。煤礦大斷面巷道機(jī)械化掘進(jìn)技術(shù)有效解決了深部巷道存在的較多技術(shù)問題（大多是爆破與支護(hù)上的一些重要技術(shù)難題），實(shí)現(xiàn)了深部巷道優(yōu)質(zhì)、高效掘進(jìn)，提升了生產(chǎn)效率，打破了礦井的緊張局面，使礦井較早出煤，對保證礦井在生產(chǎn)中維持高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：劉曉芳〕

Abstract： Soft rock tunnel boring is a major technical problem limiting long-term exploitation of the mine. Coal mine deep large section roadway mechanized tunneling technology to explore， to deal effectively with the tunnel blasting and other technical problems， maintaining a safe roadway， to achieve an efficient roadway， so that construction of the tunnel on a single inlet and effectiveness to a new level， tunneling improved as compared with the original speed of more than 30%， to solve the problem of continuous production.

Key words： tunneling technology； coal； large section； rock roadway