巷道快速掘進(jìn)工藝的優(yōu)化與應(yīng)用

韓小峰

（山西魯能河曲電煤開發(fā)有限責(zé)任公司 上榆泉煤礦， 山西 忻州 036504）

當(dāng)前，在我國煤炭產(chǎn)量的構(gòu)成中，其中都是通過井工礦井進(jìn)行開采出來的，而影響井工礦井安全高效建設(shè)和生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是巖巷掘進(jìn)的單進(jìn)水平。特別是在煤與瓦斯突出礦井的建設(shè)中，按照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的要求，為有效解決瓦斯和安全問題，礦井初步設(shè)計(jì)中巖巷掘進(jìn)的工程量和投資占總工程量的一半以上，可看出巖巷掘進(jìn)速度的快慢將直接影響到礦井的建設(shè)工期。因此很有必要對巖巷快速掘進(jìn)的工藝優(yōu)化及應(yīng)用，提高掘進(jìn)單進(jìn)水平達(dá)到安全高效建設(shè)的目的。

一、巷道快速掘進(jìn)影響因素

（一）快速掘進(jìn)裝備

掘進(jìn)設(shè)備是影響巖巷快速掘進(jìn)的重要因素。隨著我國煤炭施工技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，巖巷掘進(jìn)設(shè)備也在不斷更新和進(jìn)步，掘進(jìn)設(shè)備在整體上來看，裝備比較齊全，但掘進(jìn)設(shè)備性能一般，設(shè)備自動化水平有待提高，尤其是國產(chǎn)掘進(jìn)設(shè)備整體質(zhì)量較差，消耗刀具數(shù)量大，整體情況不佳。在巖巷快速掘進(jìn)作業(yè)時，由于鑿巖臺車沒有完全普及，大多數(shù)情況下仍然選擇配置單體的7655或7665型風(fēng)動鑿巖機(jī)，效率較低，尤其是當(dāng)掘進(jìn)作業(yè)面的風(fēng)壓較小，直接影響打炮眼和錨桿眼的速度。因此在選擇巖巷掘進(jìn)設(shè)備時，必須根據(jù)煤礦的實(shí)際地質(zhì)情況、構(gòu)造情況、巖石力學(xué)性質(zhì)、煤巖的構(gòu)成、層理發(fā)育程度等因素綜合選擇掘進(jìn)設(shè)備。

（二）作業(yè)人員的綜合素質(zhì)

作業(yè)人員的綜合素質(zhì)也是影響巖巷快速掘進(jìn)主要因素之一。巖巷掘進(jìn)工作面空間狹小，作業(yè)時間有限，能否按正規(guī)循環(huán)作業(yè)的規(guī)定高效地完成每一道工序，直接取決于作業(yè)人員的個人綜合素質(zhì)，取決于作業(yè)人員是否具備熟練的操作技能和較高操作水平，取決于作業(yè)人員是否充分掌握了循環(huán)圖紙的施工要求、排列次序及相互關(guān)系，并嚴(yán)格按要求施工。

（三）施工作業(yè)方式

科學(xué)、合理、高效的作業(yè)方式直接決定了巖巷掘進(jìn)的速度。如單一工種順序作業(yè)，還是綜合工種平行作業(yè)；炮掘工藝還是機(jī)掘工藝；單循環(huán)作業(yè)還是多循環(huán)作業(yè)；主要工序安排和輔助關(guān)系的安排關(guān)系處理；炮眼深度的選擇；鉆眼與支護(hù)作業(yè)的關(guān)系；裝巖與支護(hù)的安排等。因此，只有根據(jù)巷道斷面實(shí)際條件，科學(xué)合理地選擇掘進(jìn)施工作業(yè)方式才是提高巖巷掘進(jìn)速度的重要手段。

（四）施工組織管理

實(shí)現(xiàn)巷道快速掘進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)還離不開嚴(yán)密的施工組織管理工作。首先需制定巖巷快速掘進(jìn)的施工工序，選擇合理的施工工藝，對整個掘進(jìn)工程按正規(guī)循環(huán)作業(yè)進(jìn)行科學(xué)組織和管理，保證每一個施工工序能按照規(guī)定的時間、數(shù)量和質(zhì)量完成；其次還需完善巖巷掘進(jìn)作業(yè)的各項(xiàng)制度和規(guī)章，對工程班組進(jìn)行優(yōu)化，提高巖巷掘進(jìn)施工隊(duì)伍的整體素質(zhì)，堅(jiān)持人性化的管理方式；最后合理分配掘進(jìn)的任務(wù)量，選擇素質(zhì)較高的工人，合理分配管理者與作業(yè)人員的工作。

二、巷道快速掘進(jìn)工藝優(yōu)化及應(yīng)用

（一）優(yōu)化鉆眼破巖工藝

1.科學(xué)、合理地優(yōu)化鉆眼破巖工序流程?？筛鶕?jù)實(shí)際情況，逐步推廣并嘗試應(yīng)用較先進(jìn)的光面爆破技術(shù)。在點(diǎn)眼操作時，應(yīng)重點(diǎn)解決點(diǎn)眼時間過長以及點(diǎn)眼不準(zhǔn)等問題?？赏ㄟ^采用點(diǎn)眼器來輔助點(diǎn)眼，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)快速點(diǎn)眼。還應(yīng)依據(jù)巷道圍巖性質(zhì)情況，科學(xué)、合理確定周邊眼的間距大小以及最小抵抗線位置，盡量提高鉆眼質(zhì)量。另外，應(yīng)對裝藥量進(jìn)行嚴(yán)格控制，周邊眼應(yīng)用小直徑藥卷來裝藥，以有效控制裝藥量。通過對鉆眼破巖工藝的優(yōu)化，可顯著提高巖巷眼痕率，巷道幫部一般也不會存在超欠挖現(xiàn)象，對于提高巷道掘進(jìn)速度十分重要。

2.推廣應(yīng)用“三小”技術(shù)。采用小直徑鉆頭進(jìn)行鉆削，實(shí)際鉆削面積相對較小，鉆削阻力相應(yīng)減小，可顯著提升鉆眼速度；在生產(chǎn)作業(yè)中采用小直徑藥卷，可減小巖石破碎圈大小，提升破巖效率；小錨桿的使用，也對支護(hù)效率的進(jìn)一步提升十分有利。

3.采用中深孔爆破法爆破。為加快循環(huán)進(jìn)尺速度，對比分析了幾種不同深度的炮眼實(shí)際利用率，發(fā)現(xiàn)炮眼深度較深的炮眼實(shí)際利用率相對較高，采用中深孔炮眼進(jìn)行爆破，可大幅提高炮掘巷道單進(jìn)水平。

（二）改進(jìn)巷道支護(hù)工藝

鋼棚支護(hù)工藝存在明顯不足，一是支護(hù)成本高，二是作業(yè)效率較低。在煤巷中推廣錨網(wǎng)梯支護(hù)、錨索支護(hù)，巷道支護(hù)用時大幅縮短。對施工機(jī)具而言，應(yīng)盡量應(yīng)用大功率高效錨桿鉆機(jī)，既可顯著提高施工效率，也能減輕工人勞動強(qiáng)度。對于支護(hù)材料的選擇，可選用鋼筋網(wǎng)來支護(hù)壓力較大的破碎巷道頂板，選用高分子塑料網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)來支護(hù)壓力相對較小的破碎頂板。對于煤巷頂板條件較差的巷道以及部分托頂煤巷道，為保障支護(hù)效果的相對完整性，可采用錨索配合鋼筋梯的方式進(jìn)行支護(hù)。

（三）運(yùn)輸系統(tǒng)連續(xù)化

改變運(yùn)輸作業(yè)人工單體操作模式，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸作業(yè)連續(xù)化，會顯著縮短掘進(jìn)工序占用，大幅提高巷道掘進(jìn)效率。

1.采用皮帶機(jī)運(yùn)輸。將運(yùn)輸?shù)V車運(yùn)輸逐步替換為皮帶機(jī)運(yùn)輸，隨耙裝機(jī)后進(jìn)行運(yùn)輸，把耙裝機(jī)上的物料直接卸于皮帶機(jī)上，通過皮帶機(jī)運(yùn)輸至主運(yùn)皮帶機(jī)或料倉中。

2.運(yùn)輸自動化。探索耙裝機(jī)與后部皮帶機(jī)實(shí)現(xiàn)相互聯(lián)動，去除操作人員，實(shí)現(xiàn)自動化運(yùn)輸。耙裝機(jī)一旦開始運(yùn)行，便會自動帶動后部皮帶機(jī)運(yùn)行。在此過程中可采用單機(jī)控制模式與集中控制模式來控制皮帶機(jī)。

（四）優(yōu)化勞動組織

采用作業(yè)模式，三班掘支，一班邊掘進(jìn)邊整修，有效縮短各班實(shí)際工作時長，減輕作業(yè)人員勞動強(qiáng)度，提升工作效率。為提高工時實(shí)際利用率，最大限度地利用工時，應(yīng)逐步改進(jìn)工序排列，讓多工序平行交叉作業(yè)。應(yīng)充分抓好交接班工時利用率，交接班與實(shí)際生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)平行進(jìn)行。安裝設(shè)備、延伸管路以及材料運(yùn)輸?shù)扰c掘進(jìn)作業(yè)平行展開，盡量避免輔助工序?qū)蜻M(jìn)主工序時間的占用。

三、煤礦巷道快速掘進(jìn)工藝裝備及發(fā)展趨勢

（一）交叉支護(hù)快速掘進(jìn)工藝裝備

經(jīng)長期應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)后置支護(hù)快掘工藝雖然實(shí)際掘進(jìn)效率相對較高，但對頂板的管理不是很有利。而前置支護(hù)快速掘進(jìn)工藝卻恰恰與其相反。采用后置支護(hù)快掘工藝進(jìn)行掘進(jìn)可使掘進(jìn)速度實(shí)現(xiàn)最大化，但很難把頂板安全性統(tǒng)籌兼顧好。在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，人們?yōu)榱税丫蜻M(jìn)速度與支護(hù)速度無法科學(xué)、合理把匹配的矛盾處理好，研制出了一種交叉支護(hù)快速掘進(jìn)工藝，該工藝正在逐步被人們改進(jìn)與完善。采用交叉支護(hù)快掘工藝進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)，其主要用到的設(shè)備為雙錨掘進(jìn)機(jī)，對于錨桿機(jī)集成型式而言，其主要集成方式大致可分為：機(jī)身外部集成，截割部集成以及機(jī)身內(nèi)部集成等；采用該工藝進(jìn)行作業(yè)時，其主要以掘進(jìn)機(jī)前置只實(shí)施必要的永久支護(hù)，用后置錨護(hù)設(shè)備來完成余下的錨桿與錨索支護(hù)作業(yè)，在此過程中，應(yīng)同時開展掘進(jìn)作業(yè)，可借助延長掘進(jìn)作業(yè)時間來提升實(shí)際掘進(jìn)效率。該掘進(jìn)工藝的具體作業(yè)流程為：先讓掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)一個錨桿排距或兩個錨桿排距，再進(jìn)行排渣并適當(dāng)清理底板，然后讓機(jī)載臨時防護(hù)裝置展開把頂板護(hù)住，再讓機(jī)載錨桿機(jī)適當(dāng)伸出，實(shí)施錨桿支護(hù)，再收回機(jī)載錨桿機(jī)，掘進(jìn)機(jī)再掘進(jìn)一個錨桿排距或兩個錨桿排距，與此同時讓后排進(jìn)行錨桿及錨索的補(bǔ)打作業(yè)。借助交叉支護(hù)快速掘進(jìn)方式施工，可在某種程度上讓掘進(jìn)速度與實(shí)際支護(hù)速度存在的不平衡現(xiàn)象得到適當(dāng)緩解，這樣不僅大幅提高實(shí)際掘進(jìn)效率，而且還可以更好地保障頂板安全。但交叉支護(hù)掘進(jìn)工藝也存在很多不足：1）機(jī)載臨時支護(hù)裝置較難設(shè)計(jì)，若其設(shè)計(jì)不科學(xué)、不合理，可能會對司機(jī)的實(shí)際截割視線造成嚴(yán)重影響。2）布設(shè)機(jī)載錨桿鉆機(jī)后，會使掘進(jìn)機(jī)的寬度增寬，高度增大，會影響掘進(jìn)機(jī)整機(jī)實(shí)際適應(yīng)性，降低其適應(yīng)能力。3）受錨桿機(jī)自身具體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的限制，當(dāng)實(shí)施錨護(hù)施工時，在某種程度上會增大操作難度。

（二）交叉支護(hù)快速掘進(jìn)裝備未來發(fā)展趨勢

通過交叉支護(hù)快速掘進(jìn)工藝與雙錨掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行科學(xué)、合理的配合，這樣不僅可把掘進(jìn)效率與頂板管理二者都估計(jì)到，而且對作業(yè)施工條件要求不是很高，與單純的只采用后置支護(hù)工藝或前置支護(hù)工藝相比，屬于一種最佳的掘進(jìn)工藝。基于該種快速掘進(jìn)裝備與工藝，筆者認(rèn)為其未來應(yīng)重點(diǎn)朝以下方向發(fā)展：1.對機(jī)載錨桿鉆機(jī)實(shí)際布設(shè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)、合理的優(yōu)化，同時進(jìn)一步提高其對巷道適應(yīng)性與實(shí)際操作的方便性。2.為提高后續(xù)支護(hù)速度，同時顯著減輕工人作業(yè)強(qiáng)度，可在系統(tǒng)后部裝設(shè)機(jī)載錨桿鉆機(jī)與運(yùn)錨機(jī)。3.對掘錨一體式掘進(jìn)機(jī)其具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)、合理的優(yōu)化，以進(jìn)一步降低設(shè)備生產(chǎn)成本，同時增強(qiáng)其工作適應(yīng)性。4.對臨時支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，讓實(shí)際掘進(jìn)時間盡量長，以提升掘進(jìn)效率。

總之，在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中要想顯著提高礦井巷道掘進(jìn)效率，相關(guān)施工人員必須從礦井實(shí)際情況出發(fā)，制定出適合自身掘進(jìn)施工工藝，通過優(yōu)化鉆眼破巖工藝，改進(jìn)巷道支護(hù)工藝，采用運(yùn)輸系統(tǒng)連續(xù)化、優(yōu)化勞動組織等措施，不僅可顯著提高炮掘巷道掘進(jìn)效率，而且可顯著減輕工人作業(yè)強(qiáng)度，應(yīng)對掘進(jìn)時間與支護(hù)時間進(jìn)行科學(xué)、合理的分配，才能最大限度地提高掘進(jìn)效率，讓礦井巷道實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)，進(jìn)而為企業(yè)創(chuàng)造出更多經(jīng)濟(jì)效益。