煤巷炮掘快速安全施工工藝

杜來根

（山西潞安集團和順李陽煤業(yè)有限公司，山西 晉中032700）

隨著掘進機械化水平的不斷提高，綜掘技術因其勞動強度低、施工速度快、安全水平高等優(yōu)點已經(jīng)得到了較為廣泛的應用，但炮掘技術因施工靈活、成本低廉和現(xiàn)場適應性強等優(yōu)勢仍然被部分礦井應用〔1－2〕。山西潞安李陽煤業(yè)為整合礦井，煤層賦存相對復雜，經(jīng)升級改造后生產(chǎn)能力為1.2Mt／a，部分回采巷道施工采用炮掘工藝。根據(jù)采掘工程布置現(xiàn)狀，當前炮掘單進水平難以滿足綜采工作面和采區(qū)的正常接替，尤其是礦井產(chǎn)能升級改造完成后，若不加快回采巷道掘進速度，勢必會造成礦井生產(chǎn)脫節(jié)，難以保證礦井原煤產(chǎn)量達標。為了適應礦井發(fā)展需求和緩解礦井接替緊張局面，對回采巷道炮掘快速施工工藝進行了系統(tǒng)性研究并付諸實踐。通過炮掘快速施工工藝的實施，大幅度提高了巷道單進水平，有效地緩解了礦井接替緊張局面，對于確保礦井原煤產(chǎn)量達標奠定了基礎。

1 炮掘施工工藝優(yōu)化

1.1 優(yōu)化掘進安裝工序

在工作面回采順槽炮掘施工中，先將40T運輸機拆除并運出后再向巷道內(nèi)運送皮帶運輸機相關部件，安裝皮帶運輸機需要花費4～6天時間，按照正常掘進速度，耽誤有效掘進進尺35～60m。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，巷道設計尺寸可實現(xiàn)掘進和運輸機安裝的同步進行。在巷道掘進施工過程中，將40T運輸機沿巷道底板中線布置，同時將皮帶運輸機各部件分散在巷道非行人側(cè)，待皮帶運輸機機頭、電動機和減速機等大件到位后開始進行組裝。在40T運輸機鋪設到80～100m時即可完成皮帶運輸機的安裝和試運行。皮帶運輸機試運行結束后，將40T運輸機拆除，安裝扒渣機，實現(xiàn)巷道的正常掘進施工。在掘進和安裝作業(yè)前，需要制定專項施工措施，經(jīng)詳細論證，在施工期間可增加相應的輔助工，以確保巷道掘進和設備安裝的同步進行。

1.2 優(yōu)化爆破參數(shù)

根據(jù)掘進爆破震動波理論和中深孔直眼分段掏槽機理，可利用一次裝藥分段爆破來增加爆破能量對煤巖體的破壞能力，同時還可誘發(fā)煤巖體殘余應力，增強煤巖體的破碎度和裂隙率〔3－4〕。另外，分段爆破還可有效降低因爆破產(chǎn)生的煤巖體碎塊的拋擲能量，減少對設備和人員的安全威脅。在實際操作中，采用楔形掏槽法進行掏槽，并適當提高掏槽深度和槽腔體積，提高爆堆的集中程度，同時還相應減少了炮眼布置數(shù)量，有利于提高巷道掘進工效。為了提高爆破效果，適當減小周邊眼間距和預留刷幫量。根據(jù)現(xiàn)場實際，巷道周邊眼間距確定為0.25～0.3m，預留刷幫量確定為0.2～0.3m，且將周邊眼裝藥量降低至半卷。通過炮眼參數(shù)優(yōu)化，巷道成型有了較大改善，單循環(huán)進尺由1.2m增加至1.8m。

對于煤層松軟區(qū)域，可修改炮眼布置參數(shù)和減少炸藥量來確保爆破后巷道斷面略小于設計輪廓線。這主要是考慮到松軟煤體在爆破落煤時容易出現(xiàn)片幫和冒頂，不利于巷道幫頂維護和錨桿支護施工，同時也一定程度加大了煤炭裝、運工作量。鑒于爆破出的巷道斷面小于設計輪廓線，采用風鎬對爆破后的煤壁進行人工修整。該方法的實施可提高巷道施工質(zhì)量，降低巷道維修量，同時還可節(jié)約穿桿、竹笆等支護材料。

1.3 過構造帶支護方式優(yōu)化

巷道過構造帶采用錨桿支護效果較差。經(jīng)多次試驗研究決定采用可縮性U型鋼支架進行支護?？煽s性U型鋼支架支護強度高，同時可通過支架自身特點緩解部分巷道頂板壓力，對于巷道過構造帶支護效果較好。但是，U型鋼支架在使用過程中常因放炮出現(xiàn)倒架和支架邁步現(xiàn)象，扶架和維護不但勞動強度大，同時還降低了巷道掘進施工速度，對職工的安全也極為不利。在借鑒其他礦井支架防倒研究成果的基礎上研制出支架防倒連鎖裝置（見圖1）〔5〕。支架防倒裝置主要由規(guī)格（長×寬×厚）為2600 mm×60mm×20mm的鋼板和U型卡組成，在鋼板上施工Φ18mm×100mm橢圓長孔，U型卡采用Φ16mm的鋼筋制成，兩端過絲60mm，并配套緊固螺栓。該支架防倒裝置可有效連鎖4棚U型鋼支架，在應用時支架頂梁和兩幫各安設一套，隨巷道掘進施工持續(xù)不斷交替循環(huán)使用。

圖1 U型鋼支架防倒連鎖裝置結構示意

2 強化設備使用管理

和順李陽煤業(yè)公司回采工作面順槽采用錨桿支護，受到滯后支護空頂距的限制，錨桿支護施工速度一定程度上決定了巷道掘進速度。為了提高巷道支護施工速度，決定采用MQT85型氣動錨桿鉆機進行打眼，同時將錨桿鉆機數(shù)增加至2～3臺同時施工，并從錨桿鉆機所需風、水供應方面加強管理。為了縮短錨桿緊固時間，提高緊固質(zhì)量，引進儲能式氣動力矩扳手。該型號扳手在氣壓0.5MPa時即可保證有效預緊力矩達240N·m。施工實踐表明，通過優(yōu)化錨桿鉆機的使用和采用新型力矩扳手緊固錨桿可有效加快錨桿施工速度。

為了保障裝運煤設備的正常運行，掘進隊對扒渣機、40T運輸機和皮帶運輸機等設備實行專人管理和專人操作，同時對設備實行掛牌管理，并對設備運行狀況進行臺賬記錄，做到設備臺臺有責任人。另外，要求配備足夠的托輥、H架、溜槽、鏈環(huán)和刮板等配件，盡量減少因皮帶運輸機延接或者設備維修耽誤時間。通過這些措施的實施，有效地調(diào)動了職工對設備管理的積極性和責任心，有利于降低設備對掘進的影響。

3 合理確定施工勞動組織

合理確定施工勞動組織是確保巷道掘進正常進行的基本前提，也是實現(xiàn)正規(guī)循環(huán)作業(yè)的必然要求。和順李陽煤業(yè)公司掘進隊根據(jù)施工要求，合理調(diào)整作業(yè)人員配置，同時將區(qū)隊精干職工均勻分配到三個施工班組，確保每個施工班組不少于15人，每班機修工不少于1人，跟班干部4人，區(qū)隊正常出勤控制在50～53人。在優(yōu)化人員配置的基礎上合理確定正規(guī)循環(huán)作業(yè)和多工序平行作業(yè)。循環(huán)作業(yè)要以圖標的形式表示出來，要安排好工序順序、銜接關系和施工持續(xù)時間，使作業(yè)人員熟練掌握施工技術，能夠按照循環(huán)作業(yè)要求進行施工。在掘進循環(huán)作業(yè)圖中，交接班、打眼、裝藥、放炮、裝運煤巖體和支護等工序循環(huán)進行。采用多工序平行作業(yè)可有效提高巷道掘進施工速度和工效。如打眼與支護、打眼與設備檢修、裝運煤巖與接風水管路等，這些工序采用平行作業(yè)方式是切實可行的。另外，對現(xiàn)場施工進行科學管理，跟班干部全面負責施工安全、質(zhì)量、協(xié)調(diào)和文明生產(chǎn)等，確保各類影響降至最低限度。通過上述措施的實施，和順李陽煤業(yè)公司回采巷道施工基本實現(xiàn)了正規(guī)循環(huán)作業(yè)，提高了施工作業(yè)質(zhì)量和掘進施工速度。

4 結語

炮掘施工工藝對現(xiàn)場適應性強，成本低廉，被廣泛應用于煤層賦存條件較差的煤巷中。但相對綜掘技術而言涉及到打眼、裝藥、放炮、支護和裝運煤等多種工序，故炮掘施工速度相對較低。和順李陽煤業(yè)回采巷道通過優(yōu)化掘進安裝工序、爆破參數(shù)和過構造帶支護方式，并輔以科學合理的設備管理和施工勞動組織，使得區(qū)隊人員由原來65人減少至53人，單循環(huán)進尺由1.2m增加至1.8m，為確保礦井接替和原煤達產(chǎn)奠定了基礎。

〔1〕孫清祥，胡成忠.淺談如何提高炮掘工作面的單進水平〔J〕.山東煤炭科技，2010，（5）：196－197.

〔2〕丁錄仕.炮掘巷道快速掘進技術〔J〕.煤礦開采，2004，9（4）：50－51.

〔3〕李順峰.煤巷炮掘快速施工工藝研究〔J〕.煤礦開采，2007，12（3）：61－62.

〔4〕趙淵崧.煤巷炮掘快速掘進技術及其優(yōu)化研究〔J〕.內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2014，（12）：105.

〔5〕張 亮，李學龍，李華超.新安煤礦掘進巷道棚架連鎖防倒裝置的研制與應用〔J〕.煤炭與化工，2014，（12）：62－63.