技改礦井大斷面巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)淺析

馬沖飛（平朔北嶺煤業(yè)有限公司，山西 朔州 036006）

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技改礦井大斷面巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)淺析

馬沖飛
（平朔北嶺煤業(yè)有限公司，山西 朔州 036006）

摘 要：本文系統(tǒng)介紹了懸臂式重型掘進(jìn)機(jī)與單體錨桿鉆機(jī)配套作業(yè)線在北嶺煤業(yè)新建緩坡副斜井的應(yīng)用，分析了大斷面全巖巷道快速掘進(jìn)技術(shù)中存在的問(wèn)題及對(duì)策，技改礦井如能充分利用原有生產(chǎn)系統(tǒng)，優(yōu)化和調(diào)整勞動(dòng)組織和施工工藝，可加快技改井巷工程建設(shè)速度，盡量縮短技改工期，對(duì)同類型條件下兼并重組技改礦井具體一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：技改礦井；大斷面；懸臂式掘進(jìn)機(jī)；快速掘進(jìn)

0. 前言

北嶺礦工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)布置3個(gè)井筒，主斜井為刷擴(kuò)已有主斜井、副斜井為新掘緩坡斜井滿足無(wú)軌膠輪車運(yùn)輸要求、回風(fēng)斜井為刷擴(kuò)已有副斜井。根據(jù)平朔公司實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和生產(chǎn)組織習(xí)慣，輔助運(yùn)輸采用無(wú)軌膠輪車，新建副斜井井筒傾角為5.5°，位于擬關(guān)閉回風(fēng)斜井北側(cè)約60m處。

1. 大斷面全巖巷道快速掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀

為盡快完成技改井巷工程，礦井首先淘汰原礦方超期服役的2臺(tái)EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)，重新配置EBZ160TY型懸臂式掘進(jìn)機(jī)2臺(tái)用于煤巷及半煤巖巷掘進(jìn)，EBZ260H型懸臂式掘進(jìn)機(jī)1臺(tái)、EBZ318 （H）型懸臂式掘進(jìn)機(jī)1臺(tái)用于巖巷掘進(jìn)，綜掘機(jī)械化程度100%。巷道掘進(jìn)全部采用懸臂式重型掘進(jìn)機(jī)與單體錨桿鉆機(jī)配套作業(yè)線，錨桿支護(hù)方式，掘進(jìn)與支護(hù)交叉作業(yè)，根據(jù)北嶺煤業(yè)綜掘設(shè)備配置及支護(hù)方式的不同，主要有3種綜合機(jī)械化掘進(jìn)方式。

2. 全巖巷及大斷面硐室掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)

（1）北嶺礦開(kāi)拓布置方案

副斜井為新建井筒，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1418m，井筒方位角240°，傾角5.5°，井筒凈寬5.5m，凈斷面20.13m2，鋪底300mm厚，采用無(wú)軌膠輪車運(yùn)輸。擔(dān)負(fù)礦井矸石、材料設(shè)備和人員等所有輔助提升任務(wù)，兼做進(jìn)風(fēng)井和安全出口。副斜井自井口掘進(jìn)至139m處（+1261.6m）落平后，向右轉(zhuǎn)71°沿井田西南邊界向東南方向掘進(jìn)576m至井田邊界4號(hào)拐點(diǎn)處的大巷保護(hù)煤柱內(nèi)，再轉(zhuǎn)彎折返大致平行與4號(hào)煤東輔運(yùn)大巷前段向西北方向掘進(jìn)，當(dāng)井筒底板距離4號(hào)煤層底板垂直距離接近20m時(shí)井筒向右轉(zhuǎn)46°大致沿正北方向施工約74m后在轉(zhuǎn)回原方位繼續(xù)前進(jìn)，當(dāng)井筒到達(dá)+1165m水平后落平，通過(guò)4號(hào)煤輔運(yùn)石門（車場(chǎng)巷道）與已有的4號(hào)煤層輔運(yùn)大巷連通，形成4號(hào)煤層輔助運(yùn)輸系統(tǒng)。

（2）配套設(shè)備優(yōu)勢(shì)

配套設(shè)備外觀尺寸較小，設(shè)備結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊，且生產(chǎn)效率高和功能齊備，在掘進(jìn)施工方面具有良好的靈活性。本套設(shè)備不但適用于全巖巷及大斷面硐室的掘進(jìn)與支護(hù)施工，在類似工程項(xiàng)目中的應(yīng)用頗為廣泛。另外，在施工過(guò)程中對(duì)于配套設(shè)備的拆解維修相當(dāng)方便，設(shè)備自重非常小，無(wú)論是作業(yè)操控還是解體拆裝都很便利。

配套設(shè)備的地盤裝置均為整體剛性組合機(jī)構(gòu)，且附帶履帶行走裝置，以液壓馬達(dá)予以驅(qū)動(dòng)作業(yè)。驅(qū)動(dòng)過(guò)程由支腿閥帶動(dòng)前后兩側(cè)的支腿設(shè)備，生產(chǎn)階段可保證整套設(shè)備的生產(chǎn)持續(xù)性和穩(wěn)定性。

該配套設(shè)備的液壓馬達(dá)非常先進(jìn)，其鑿巖部分配置逐步鉆眼構(gòu)件，逐步鉆巖是一種緩緩沖進(jìn)的過(guò)程，鉆孔位置確定以后即可逐步增大鉆進(jìn)壓力直至最大沖擊量，當(dāng)成孔完畢即可停止鉆孔。全液壓式設(shè)備的引入，將使得巷道掘進(jìn)每個(gè)循環(huán)達(dá)到兩排（約2.4m）的效果，循環(huán)進(jìn)尺的提高大大節(jié)約了各工藝交叉和準(zhǔn)備時(shí)間，包括打眼、爆破、出渣、支護(hù)等工序的時(shí)間等等。

雙臂鑿巖設(shè)備具有很好的靈活性。雙臂鑿巖機(jī)與推進(jìn)裝置二者相對(duì)獨(dú)立，且雙臂包含6種生產(chǎn)動(dòng)作，定位補(bǔ)償相對(duì)精確。掘進(jìn)行程的倍比結(jié)構(gòu)主要包含油缸、滑輪組、鑿巖機(jī)滑板與鋼絲繩張緊設(shè)備4個(gè)組成機(jī)構(gòu)。推進(jìn)油缸的總形成約為1.265m，最大鉆進(jìn)深度可達(dá)2.530m。

挖掘機(jī)設(shè)備在全巖巷及大斷面硐室的掘進(jìn)與支護(hù)施工中可以保障生產(chǎn)的連續(xù)性和高效性。其中，高效性主要表現(xiàn)于出渣方面，它可以利用履帶逐步推進(jìn)挖取巖渣，并利用鏟斗將鏟取的巖渣送入刮板輸送機(jī)，再由刮板輸送機(jī)將巖渣送入其他轉(zhuǎn)載機(jī)械。挖掘機(jī)設(shè)備在全巖巷及大斷面硐室的掘進(jìn)與支護(hù)施工中的適應(yīng)性非常好，尤其在巷道傾角不超過(guò)32°的條件下極為適用，且為巷道出渣創(chuàng)造更好的環(huán)境，完全可以容納下外觀尺寸不超過(guò)620mm×740mm的輸送機(jī)設(shè)備。

（3）副斜井掘進(jìn)與支護(hù)方式

①副斜井表土段：巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)尺寸為寬×高=7700×4750mm，半圓拱形斷面，凈斷面積20.12m2，掘進(jìn)斷面積30.10m2；巷道支護(hù)形式為鋼筋混凝土砌碹，支護(hù)厚度500mm。

②副斜井基巖段：巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)尺寸為寬×高=5740×4370mm，半圓拱形斷面，凈斷面積20.12m2，掘進(jìn)斷面積23.28m2；巷道支護(hù)形式為錨網(wǎng)索噴，支護(hù)厚度120mm。

③副斜井錯(cuò)車硐室：巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)尺寸為寬×高=7740×5370mm，半圓拱形斷面，凈斷面積33.33m2，掘進(jìn)斷面積37.46m2；巷道支護(hù)形式為錨網(wǎng)索噴，支護(hù)厚度120mm。

（4）副斜井（上段）作業(yè)線配置

副斜井（上段）作業(yè)線配置由EBZ318（H）重型懸臂式掘進(jìn)機(jī)，防爆鏟車，防爆膠輪車，掘砌臺(tái)車，單體錨桿鉆機(jī)，通風(fēng)除塵設(shè)備及供電系統(tǒng)等組成。

EBZ318（H）重型懸臂式掘進(jìn)機(jī)最大定位截割斷面可達(dá)38m2，截割硬度不大于130MPa。要求環(huán)境溫度為0～40℃，坡度±18°。

（5）副斜井（下段）作業(yè)線配置

副斜井（下段）作業(yè)線配置由EBZ260H重型懸臂式掘進(jìn)機(jī)，防爆鏟車，SSJ-800可伸縮帶式輸送機(jī)（或SGW-40TG刮板輸送機(jī)），單體錨桿鉆機(jī)，通風(fēng)除塵設(shè)備及供電系統(tǒng)等組成。

EBZ260H重型懸臂式掘進(jìn)機(jī)最大定位截割斷面可達(dá)31m2，截割硬度不大于110MPa。要求環(huán)境溫度為0～40℃，坡度±18°。

3. 全巖巷道快速掘進(jìn)技術(shù)存在的問(wèn)題及對(duì)策

3.1 表土段掘進(jìn)存在的問(wèn)題及對(duì)策

北嶺礦新建緩坡副斜井表土段及風(fēng)化基巖段距地面上方宿舍較近，不適宜長(zhǎng)距離明槽開(kāi)挖，且根據(jù)施工中實(shí)際揭露情況來(lái)看，風(fēng)化基巖段為砂巖與泥巖互層，層理節(jié)理發(fā)育，巖石破碎，極不穩(wěn)定，施工難度較大。

現(xiàn)場(chǎng)施工中采用掘進(jìn)機(jī)、鏟車配合開(kāi)挖裝矸，防爆膠輪車排矸，U29鋼棚臨時(shí)支護(hù)，直接使用公司攪拌站成品砼，混凝土車載輸送泵配合襯砌臺(tái)車進(jìn)行二次襯砌形成永久支護(hù)。該方法具有安全系數(shù)高，出矸速度快，施工速度快，效率高，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)拌料，人員用工少，施工一個(gè)正規(guī)循7.5m，巷道一次成型，即保證了混凝土整體性和表面光潔度，支護(hù)質(zhì)量好，又改善了工作條件，勞動(dòng)強(qiáng)度降低，砌筑、掘進(jìn)可平行作業(yè)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。

3.2 上山掘進(jìn)遇局部硬巖存在問(wèn)題及對(duì)策

北嶺礦新建緩坡副斜井采用上下對(duì)頭掘進(jìn)，矸石通過(guò)掘進(jìn)機(jī)后配套防爆鏟車、SSJ-800皮帶機(jī)（40T刮板運(yùn)輸機(jī)）進(jìn)入原主運(yùn)系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)旁路排矸至地面。反掘巷道進(jìn)入4號(hào)煤上覆巖層后遇硬巖，巖石節(jié)理不發(fā)育，局部巷道硬度f(wàn)＞8以上，現(xiàn)場(chǎng)施工中截齒損耗大，掘進(jìn)速度緩慢，且上山掘進(jìn)中設(shè)備易“窩機(jī)”等問(wèn)題。

①現(xiàn)場(chǎng)施工中采用鏟車集中出矸，生產(chǎn)班矸石集中存放，檢修班集中排矸，實(shí)現(xiàn)煤矸分運(yùn)，不影響生產(chǎn)班煤巷施工，采用皮帶集中出矸，為實(shí)現(xiàn)快速排矸創(chuàng)造了條件。

②巷道底板巖性軟，遇水后易出現(xiàn)“窩機(jī)”，影響掘進(jìn)速度，出現(xiàn)“窩機(jī)”現(xiàn)象后，用道木把履帶墊實(shí)，將防塵水、冷卻水引到水溝，減少水對(duì)底板的浸泡。

③因無(wú)法協(xié)調(diào)炸藥等因素，現(xiàn)場(chǎng)施工中無(wú)法放松動(dòng)炮，將原國(guó)產(chǎn)截齒更換為進(jìn)口截齒，但現(xiàn)場(chǎng)使用效果不明顯，截齒損耗量較大。

3.3 大斷面硐室掘進(jìn)存在問(wèn)題及對(duì)策

北嶺礦新建緩坡副斜井錯(cuò)車硐室寬度達(dá)7.8m，高度達(dá)5.4m，掘進(jìn)斷面38m2，一次施工困難，現(xiàn)場(chǎng)采用“分臺(tái)階施工法”，迎頭留設(shè)斜坡，先拱后基，頂幫錨桿錯(cuò)茬施工，工序間實(shí)現(xiàn)空間和時(shí)間上平行作業(yè)，縮短正規(guī)循環(huán)作業(yè)時(shí)間，提高了開(kāi)機(jī)率。

3.4 全巖巷道防塵問(wèn)題及對(duì)策

由于在掘進(jìn)過(guò)程中，產(chǎn)生大量的粉塵，這些粉塵會(huì)對(duì)礦工的身體健康造成很大損壞；也影響了工人的視線，使工人對(duì)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行情況不能準(zhǔn)確掌握，只能在停機(jī)后再繼續(xù)工作，從而降低了掘進(jìn)工效。常用的除塵方式主要是掘進(jìn)機(jī)內(nèi)外噴霧，巷道內(nèi)設(shè)置多道全斷面噴霧，轉(zhuǎn)載點(diǎn)設(shè)置防塵罩及噴霧除塵，但現(xiàn)場(chǎng)使用效果不理想，可靠性差?，F(xiàn)場(chǎng)采用安裝加壓泵，加大水壓，采用掘進(jìn)機(jī)載泡沫除塵等方式，但防塵效果不明顯。

結(jié)語(yǔ)

北嶺礦在井巷工程現(xiàn)場(chǎng)施工中，特別是在全巖巷掘進(jìn)中，遇到錨桿支護(hù)速度，硬巖掘進(jìn)，粉塵防治等諸多方面困難，雖采取了一些措施和方法，但效果不甚理想，仍需進(jìn)一步改進(jìn)。

技改礦井在建設(shè)過(guò)程中可根據(jù)原有生產(chǎn)系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)條件，結(jié)合技改初步設(shè)計(jì)內(nèi)容，整體規(guī)劃和考慮，統(tǒng)一協(xié)調(diào)優(yōu)化生產(chǎn)布局，充分利用原有生產(chǎn)系統(tǒng)，采用先進(jìn)的設(shè)備設(shè)施，在掘進(jìn)施工方法及施工工藝上改革創(chuàng)新，加強(qiáng)技改礦井建設(shè)速度，縮短建設(shè)工期，爭(zhēng)取早完工，早見(jiàn)效。

參考文獻(xiàn)

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［2］馬貴純，楊偉光.淺談提高巖巷施工速度的途徑［J］.建井技術(shù)，2008，29（1）：27-29.

中圖分類號(hào)：TD263

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A