礦山平巷掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)探索

潘 謹(jǐn)

(錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司， 湖南 冷水江市 417502)

礦山平巷掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)探索

潘 謹(jǐn)

(錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司， 湖南 冷水江市 417502)

錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司為改變平巷掘進(jìn)工藝的落后狀況，針對巖石硬度高、斷面大的平巷，優(yōu)化設(shè)計了以CMJ系列全液壓掘進(jìn)鉆車、軌輪挖掘式裝載機(jī)(扒渣機(jī))、礦車組、牽引機(jī)車等設(shè)備組成的平巷掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)線。應(yīng)用該機(jī)械化作業(yè)線，每班可完成2個掘進(jìn)作業(yè)循環(huán)，單個作業(yè)循環(huán)掘進(jìn)進(jìn)尺達(dá)2 m以上，顯著提高了掘進(jìn)效率，大大減輕了操作工人的勞動強(qiáng)度和作業(yè)安全條件，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

平巷掘進(jìn)；機(jī)械化作業(yè)；掘進(jìn)工藝；施工組織措施

0 前 言

錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司平巷掘進(jìn)采用鑿巖爆破法掘進(jìn)工藝，起步較早，已全面實現(xiàn)了鑿巖機(jī)械化。1974年以來，礦山在平巷掘進(jìn)中推廣應(yīng)用了PYT-2型鑿巖臺車，平巷掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)線配套設(shè)備由PYT-2型鑿巖臺車、華-1型裝巖機(jī)、0.5 m3斗式轉(zhuǎn)載機(jī)、1 m3側(cè)卸礦車、3 t電機(jī)車組成，平巷掘進(jìn)速度得到了很大提高。但近年來，該公司由于各方面的因素影響，平巷掘進(jìn)作業(yè)機(jī)械化出現(xiàn)倒退。鑿巖采用YT-27氣腿式鉆機(jī)，裝巖采用E-30型裝巖機(jī)，爆破參數(shù)沒有改進(jìn)，炮眼質(zhì)量差、炮眼深度不夠，巷道掘進(jìn)率僅達(dá)到70%～75%。礦山平巷掘進(jìn)工藝的落后現(xiàn)狀，嚴(yán)重制約著礦山深部中段開拓的進(jìn)度，影響了三級礦量的平衡，極大地阻礙了礦山生產(chǎn)持續(xù)平衡發(fā)展。為了改變這種狀況，該公司2013年在采選廠深部中段開拓中采用CMJ全液壓掘進(jìn)鉆車鑿巖、軌輪挖掘式裝載機(jī)裝巖、牽引機(jī)車帶動礦車組運輸?shù)钠较锞蜻M(jìn)機(jī)械化作業(yè)線作業(yè)，試驗優(yōu)化鑿巖爆破參數(shù)，使單個掘進(jìn)作業(yè)循環(huán)孔深達(dá)到2.4 m以上，爆破率超過90%，從而大大提高礦山平巷掘進(jìn)效率，推進(jìn)了礦山深部開拓快速發(fā)展。

1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)

錫礦山銻礦田包括老礦山、童家院、飛水巖及物華等四個工業(yè)礦床，它們分別產(chǎn)于四個同名次級背斜之中，互為斷裂或無礦地段所隔而獨立存在，礦床大小及分布范圍受背斜形態(tài)和大小所控制，其中以飛水巖礦床規(guī)模最大，童家院礦床次之，物華礦床最小，所有工業(yè)礦體均產(chǎn)于硅化灰?guī)r之中，呈多層的似層狀、側(cè)羽狀產(chǎn)出，f=10～20。上覆頂板為厚層或夾層頁巖，f=3～4。賦存礦體的硅化灰?guī)r，一般致密堅硬，穩(wěn)固性好，但在斷層附近，巖溶(空洞)發(fā)育，巖石破碎呈半膠結(jié)狀態(tài)，賦存礦體部位還存在層間破碎帶和礦石的溶蝕空洞，而且上覆為鈣質(zhì)頁巖與泥晶灰?guī)r互層的軟弱層，穩(wěn)定性差，易發(fā)生板狀坍塌冒落等工程問題，工程地質(zhì)屬中等類型。

為合理地選擇鑿巖設(shè)備、爆破手段及巷道維護(hù)方法，該公司開展了巖石力學(xué)參數(shù)實驗與巖體質(zhì)量評價，在現(xiàn)場采取灰?guī)r、頁巖和礦巖3種試樣，在二次加工后測試了試樣的容重、單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量、泊松比及單軸抗拉強(qiáng)度參數(shù)，其礦巖力學(xué)參數(shù)試驗結(jié)果見表1。通過運用RQD值、Q系統(tǒng)、RMR值3種巖石質(zhì)量分級方法對灰?guī)r、頁巖和礦巖巖石質(zhì)量評價，得出灰?guī)r和礦巖巖石質(zhì)量中等，頁巖巖石質(zhì)量較差。

表1 巖石力學(xué)參數(shù)試驗結(jié)果

2 礦山平巷掘進(jìn)機(jī)械化配套方案

機(jī)械化作業(yè)線，為掘進(jìn)線上的施工機(jī)械配套，形成一條效率高、配合較好、生產(chǎn)能力基本均衡、連續(xù)生產(chǎn)的完整的作業(yè)線。

錫礦山銻礦平巷工程主要是中段石門、井底車場、沿脈、探礦穿脈、運道，這些工程位于礦體下盤，巖石一般為灰?guī)r或硅化灰?guī)r，巖石硬度大，穩(wěn)定性好，可鉆性與可爆性較差，合理選擇鑿巖設(shè)備，是提高平巷掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)水平的關(guān)鍵。根據(jù)礦山巖石的特點，使用高效率鑿巖臺車及液壓鑿巖機(jī)，并選擇高效裝巖機(jī)與之配套。使用自行設(shè)備鑿巖和出碴，明顯地可提高掘進(jìn)工效和速度、降低掘進(jìn)成本。但礦山已形成了有軌運輸系統(tǒng)，一時難以改變。綜合巖石特點、巷道斷面、運輸系統(tǒng)等諸方面的因素，選擇的平巷掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)線配套方案由CMJ系列全液壓掘進(jìn)鉆車、軌輪挖掘式裝載機(jī)、礦車組、牽引機(jī)車組成。

2.1 全液壓掘進(jìn)鉆車

機(jī)械化作業(yè)線鑿巖設(shè)備使用全液壓掘進(jìn)鉆車，其全液壓掘進(jìn)鉆車主要技術(shù)參數(shù)見表2。

2.2 軌輪挖掘式裝載機(jī)

表2 全液壓掘進(jìn)鉆車技術(shù)參數(shù)

機(jī)械化作業(yè)線裝巖設(shè)備使用軌輪挖掘式裝載機(jī)，其裝載機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 軌輪挖掘式裝載機(jī)技術(shù)參數(shù)

2.3 礦車組與牽引機(jī)車

機(jī)械化作業(yè)線運輸設(shè)備使用2臺7 t架線式電機(jī)車牽引16個容積為1.2 m3的側(cè)卸式礦車。

3 掘進(jìn)工藝

平巷掘進(jìn)采用鑿巖爆破法，其施工的主要工序有鑿巖、爆破、裝巖和支護(hù)；輔助工序則有：撬松石、通風(fēng)、鋪軌、接管線等。

3.1 鑿 巖

平巷所穿過的巖層主要是灰?guī)r或硅化灰?guī)r，其次是頁巖，灰?guī)r普氏系數(shù)為10～16，硅化灰?guī)r普氏系數(shù)為14～20，頁巖普氏系數(shù)為3～4，南區(qū)巖石可鑿性好，但可爆性較差，北區(qū)巖石硬度高，可鑿性較差，但可爆性好。采用機(jī)械化作業(yè)線作業(yè)的平巷主要是沿脈、探礦穿脈、運道，沿脈和運道斷面尺寸為2.8 m×2.6 m，探礦穿脈為2.4 m×2.4 m。探礦穿脈彎道半徑為12 m，運道彎道半徑為15 m。

鑿巖設(shè)備選用CMJ系列全液壓掘進(jìn)鉆車，每臺鉆車配備兩臺HYD200型外回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)。使用一字型合金鉆頭鉆孔采用中空五眼桶形掏槽方式，孔深2.4 m，孔徑38～46 mm，每個作業(yè)循環(huán)布置眼27個左右。沿脈配激光指向儀指向。

3.2 爆 破

爆破采用平行淺孔爆破方式。工作面炮眼布置分為掏槽眼、輔助眼、周邊眼，爆破炸藥為2#巖石乳化炸藥，掏槽眼裝藥系數(shù)為90%，輔助眼裝藥系數(shù)為60%～75%，周邊眼裝藥系數(shù)為50%～65%，各炮眼均用含砂的黃泥進(jìn)行填塞，填塞長度不少于0.2 m。起爆采用導(dǎo)爆管非電半秒延時雷管簇聯(lián)，用傳爆導(dǎo)爆管連接在安全地點應(yīng)用高能起爆器實現(xiàn)一次起爆。

3.3 通 風(fēng)

通風(fēng)的目的在于將爆破后產(chǎn)生的炮煙和游離粉塵及鑿巖過程中產(chǎn)生的粉塵和水汽稀釋并排出工作面，獨頭長巷道掘進(jìn)時采用混合式通風(fēng)方式。為了確保通風(fēng)的效果，扇風(fēng)機(jī)的位置、風(fēng)管距工作面的距離要隨著工作面的推進(jìn)向前移動，達(dá)到礦山安全標(biāo)準(zhǔn)化要求。

3.4 裝 巖

在確認(rèn)沒有瞎炮，炮煙已被排除并清除了頂板及兩幫的松石之后才進(jìn)行裝巖。裝巖前，要先灑水以降低工作面的粉塵。裝巖時，利用相鄰已掘好的穿脈調(diào)車。

3.5 支 護(hù)

平巷穿過的圍巖為灰?guī)r或硅化灰?guī)r時，巖石比較穩(wěn)定，一般不支護(hù)。當(dāng)平巷穿過破碎帶或溶洞時，采用料石拱支護(hù)。當(dāng)平巷穿過頁巖時，采用錨噴支護(hù)。錨噴支護(hù)分兩步進(jìn)行，第一步是先安裝快硬水泥卷錨桿，錨桿長2 m，網(wǎng)度1 m×1 m，爆破前允許空頂1 m，爆破后允許空頂3 m。待平巷達(dá)到一定長度后，再集中噴射混凝土，混凝土噴射厚度為50～80 mm。

3.6 軌道的敷設(shè)

隨著巷道工作面不斷向前推移，為了利于軌輪挖掘機(jī)的扒裝，需要將軌道接長。工作面每個作業(yè)循環(huán)鑿巖深度2.4 m左右，實際進(jìn)尺約2 m。因此，每個工作面一個作業(yè)循環(huán)采用2 m的短軌敷設(shè)，當(dāng)3節(jié)短軌達(dá)到6 m時，拆去臨時短軌，再換上6 m的標(biāo)準(zhǔn)軌道。

4 施工技術(shù)組織措施

4.1 施工方法

為了提高機(jī)械化作業(yè)線設(shè)備利用效益，每套作業(yè)線配置2個以上工作面，一個工作面鑿巖，一個工作面裝巖，一套設(shè)備每班可掘進(jìn)2個工作面，其工作面作業(yè)循環(huán)所需時間見表4。掘進(jìn)作業(yè)循環(huán)總時間370 min，吹眼、接軌、接分水管及架線為平行作業(yè)時間。

表4 掘進(jìn)作業(yè)循環(huán)時間 /min

4.2 施工組織措施

鑿巖時實行編組分區(qū)，每臺鉆車安排2人作業(yè)，配備2個工作面。鑿巖工作是循環(huán)的主要工序，設(shè)計每個工作面鑿巖時間為2 h，一臺鉆車每班掘兩個循環(huán)。

爆破工作做到定人、定位。每組2人，負(fù)責(zé)多個作業(yè)面的爆破，由工區(qū)安排調(diào)配，以優(yōu)先考慮機(jī)械化作業(yè)線為原則。

裝運卸機(jī)械化作業(yè)做到裝巖、轉(zhuǎn)卸、卸載一次完成，每組3人，一人裝巖，一人駕駛電機(jī)車，一人扳道調(diào)車，設(shè)計每個工作面2.5 h左右，每班裝運兩個工作面。

撬松石、鋪軌、接管線由工區(qū)統(tǒng)籌安排人員作業(yè)；通風(fēng)設(shè)施安裝由專門的通風(fēng)工區(qū)組織安排，如需支護(hù)作業(yè)，則由專門的工程隊完成。

4.3 施工技術(shù)措施

平巷掘進(jìn)過程中，地、測、采技術(shù)人員要及時深入現(xiàn)場檢查指導(dǎo)，以保證斷面及坡度的質(zhì)量。直線段用激光儀導(dǎo)向，15～20 m給定中、腰、幫、頂板線，曲線段按循環(huán)給定中、腰、幫、頂板線，并及時跟上導(dǎo)線測量。另外，還必須對平巷穿過的巖石種類、巖性及其構(gòu)造進(jìn)行素描紀(jì)錄，及時提供施工參考的巖種、巖性及水文資料。對于節(jié)理裂隙比較發(fā)育的巖體，要及時組織技術(shù)鑒定以確定是否需要支護(hù)，并提出支護(hù)設(shè)計和安全措施。

為了提高鉆眼工作質(zhì)量，可制作各類巖石布孔幻燈片，安設(shè)布孔投影儀，將炮眼位置清晰地投射在掘進(jìn)工作面上，只要改變一張幻燈片就可以改變炮眼布置圖。

4.4 施工安全措施

施工過程中，要嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程，各工序施工前，要認(rèn)真檢查作業(yè)面安全狀態(tài)，填寫安全確認(rèn)牌，前道工序安全隱患未消除，不能轉(zhuǎn)入下道工序作業(yè)。進(jìn)入獨頭巷道前，要先通風(fēng)；鑿巖前要洗工作面；裝巖時要灑水；爆破時要先確定人員和設(shè)備的安全距離，并設(shè)置警戒，待人員和設(shè)備進(jìn)入安全距離以外后，才能點火起爆。

5 結(jié) 論

以CMJ系列全液壓掘進(jìn)鉆車、軌輪挖掘式裝載機(jī)(扒渣機(jī))、礦車組、牽引機(jī)車等設(shè)備配套組成的礦山平巷掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)線，在巖石硬度高、斷面大的條件下，每班可完成2個掘進(jìn)作業(yè)循環(huán)，單個作業(yè)循環(huán)掘進(jìn)進(jìn)尺達(dá)2 m以上，掘進(jìn)效率顯著提高。該作業(yè)線采用功率大、鉆速快、在大斷面巷道能打任何位置炮眼的全液壓掘進(jìn)鉆車，配備高效的裝巖設(shè)備，可大大減輕操作工人的勞動強(qiáng)度和作業(yè)安全條件，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

[1]《采礦設(shè)計手冊》編委會.采礦設(shè)計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1987.

[2]曾永志，祝祿發(fā).礦山平巷掘進(jìn)現(xiàn)狀及改進(jìn)措施[J].采礦技術(shù)，2013,13(1)：19-21.

[3]周愛民.有色礦山采礦技術(shù)新進(jìn)展[J].采礦技術(shù)，2006,6(3).

[4]鈡紀(jì)勝，陳 瓊，曹明秋.巷道掘進(jìn)掏槽間距確定方法的探討[J].采礦技術(shù)，2008,8(5)：82-93.

[5]張運良，曾習(xí)華，李志成，等.提高平巷掘進(jìn)爆破效率的初嘗試[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，1999,17(3).

2014-04-28)

潘 謹(jǐn)(1977-)，男，漢族，湖南冷水江人，采礦工程師，主要從事采礦技術(shù)設(shè)計與管理工作,Email:XKSHXH@163.com。