深井硬巖大斷面巷道快速掘進(jìn)技術(shù)探討

趙丹丹，趙 坤

（山東省冶金設(shè)計院服份有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

隨著我國機械制造的快速發(fā)展，礦井生產(chǎn)設(shè)備的工作效率已經(jīng)得到了大幅度的增長，為進(jìn)一步保障井下采掘交替的銜接，又再一次對掘進(jìn)速度提出了更高的要求。長期以來，深井硬巖巷道掘進(jìn)都是礦山行業(yè)中最為矚目的問題之一，為了不斷地提高礦井的生產(chǎn)效率，很多業(yè)內(nèi)人士一直在不斷地嘗試對巷道掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新。目前，我國巖巷掘進(jìn)工程都是采用傳統(tǒng)的巷道掘進(jìn)技術(shù)，常見的有普通鉆爆法或者鉆爆法。傳統(tǒng)的技術(shù)不僅單進(jìn)低，而且費用較高，更重要的一點是還會使采掘工作接替出現(xiàn)緊張，進(jìn)而增加礦井作業(yè)的危險性。

1 影響深井硬巖大斷面巷道快速掘進(jìn)的因素

在進(jìn)行深井硬巖大斷面巷道掘進(jìn)作業(yè)時，作業(yè)效率主要受到地質(zhì)條件、技術(shù)條件和管理方式三方面的影響。其中設(shè)備配置決定了技術(shù)條件；礦井位置決定了地理條件；管理人員決定了管理方式[1]。

首先，地質(zhì)條件。地質(zhì)條件作為決定巷道掘進(jìn)速度快慢的首要因素，是無法進(jìn)行改變的。地質(zhì)條件是客觀存在的并具有較強的復(fù)雜性，如構(gòu)造中巖體硬度、儲氣儲水等，這些都為巷道掘進(jìn)和支護(hù)施工增加了難度。若巖體硬度過大會直接降低掘進(jìn)速度，節(jié)理裂縫會直接增加支護(hù)難度。而地質(zhì)條件對巷道掘進(jìn)作業(yè)影響不僅僅體現(xiàn)在作業(yè)難度增加，它還在一定程度上加大了作業(yè)期間施工人員的危險性，導(dǎo)致發(fā)生安全事故，如瓦斯涌出、水害等，一旦出現(xiàn)事故將嚴(yán)重威脅到施工人員的生命健康。因此，在制定掘進(jìn)工藝時，要對地質(zhì)條件進(jìn)行詳盡的調(diào)查，掌握開采地層的地質(zhì)狀況，然后在工藝制作過程中采取有針對性的方案提高施工的安全性。

其次，技術(shù)條件。技術(shù)條件的好壞主要取決于施工所使用的設(shè)備，若掘進(jìn)和運輸設(shè)備的配置較好，那技術(shù)條件也會相應(yīng)得到提高。隨著近幾年我國掘進(jìn)設(shè)備的迅速發(fā)展，雖然使掘進(jìn)和運輸設(shè)備的配置得到大幅度的提高，但還存在一些不足。例如在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，仍然存在著沖擊振動和冒落危險。根據(jù)工程項目的特點，選擇合適的掘進(jìn)機和運輸機是提高作業(yè)效率的關(guān)鍵因素[2]?？梢酝ㄟ^合理安排工序減少不必要的時間浪費，科學(xué)的制定掘進(jìn)和支護(hù)工藝可以提高巷道質(zhì)量和支護(hù)效果。

最后，管理方式。現(xiàn)階段我國在深井硬巖大斷面巷道快速掘進(jìn)工程中高度重視技術(shù)條件的提升而忽略了改善管理方式，導(dǎo)致當(dāng)下管理方式中存在著一些短板。例如在勞動制度、員工培訓(xùn)、技術(shù)服務(wù)等方面都沒有形成完善的體系，這也在一定程度上影響了巷道掘進(jìn)的施工效率。因此需要對當(dāng)下的管理方式進(jìn)行優(yōu)化，使施工隊伍的整體素質(zhì)得到提高，這樣再加上先進(jìn)的施工技術(shù)就能夠使生產(chǎn)效率得到顯著的提升。

2 深井硬巖大斷面巷道快速掘進(jìn)技術(shù)分析

2.1 掘進(jìn)機選型及截割工藝優(yōu)化

在巷道掘進(jìn)工藝中，破巖是首要工序。由于圍巖的硬度較大，傳統(tǒng)的巷道掘進(jìn)技術(shù)已經(jīng)不能滿足需求，因此采用深井硬巖大斷面巷道快速掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行作業(yè)。在選擇掘進(jìn)機型號時，需要根據(jù)工程的實際情況，選擇與之相符的型號，使其在截割時具有較高的沖擊載荷承受能力和耐磨性，這樣在遇到較硬的巖石時也能夠確保正常作業(yè)。由于截割的巷道具有較大的斷面，并且是全封閉的，因此可以為作業(yè)人員提供安全、舒適的作業(yè)環(huán)境。

在對截割工藝進(jìn)行優(yōu)化時，需要分兩個階段進(jìn)行，一是試驗階段，二是改進(jìn)階段。在試驗階段期間，先將其截割到起拱線上，每次截割只能割一個錨桿間排距的距離，然后進(jìn)行臨時支護(hù)、掛網(wǎng)等作業(yè)，之后開始挖底，每班最多進(jìn)行兩個循環(huán)施工，進(jìn)尺量為兩米，這時截割是控制進(jìn)尺的主要因素。在改進(jìn)階段期間，先進(jìn)行深度為80cm的底部掏槽，之后進(jìn)行退機挖底，并將矸石排除干凈。然后就可以將掘進(jìn)機的鏟板放到掏槽內(nèi)，截割至起拱線上部，這時每次進(jìn)行兩個錨桿間排距的截割，隨后進(jìn)行錨桿支護(hù)、挖底等，在進(jìn)行一個小循環(huán)的施工，之后就可以進(jìn)行一個大循環(huán)和一個小循環(huán)的施工，每次循環(huán)的進(jìn)尺為三米。

2.2 掘進(jìn)機配套運輸設(shè)備優(yōu)化

在掘進(jìn)作業(yè)期間，裝運是其重要的工序之一。而與掘進(jìn)機進(jìn)行配套的機械化運輸設(shè)備就成為了確保掘進(jìn)工作面單進(jìn)水平的保障。而原始的裝運流程是使用移動矸石倉的，這種方式存在很多缺點，例如：軌道鋪設(shè)難，移動的矸石倉體積過大不便于拐彎，需要頻繁倒車等。經(jīng)過優(yōu)化的掘進(jìn)機配套運輸流程為：掘進(jìn)機截割落矸到掘進(jìn)機星輪及輸送機再到轉(zhuǎn)載機最后到主井提升。該流程運用了小角度連續(xù)拐彎技術(shù)，使帶式運輸機實現(xiàn)了連續(xù)彎曲運輸。這樣的優(yōu)化不僅節(jié)約了人力，還提高了作業(yè)的效率。

2.3 巷道支護(hù)設(shè)計

在巷道掘進(jìn)施工中，支護(hù)也是重要的工序之一。但由于受到地質(zhì)力學(xué)環(huán)境的影響，使井下支護(hù)工作面臨著極大的困難，嚴(yán)重的影響了掘進(jìn)速度的提升。

由于深井硬巖受到高地應(yīng)力和開采擾動的影響，會表現(xiàn)出一定的塑性特點，如：脆-延轉(zhuǎn)化、流變特性、擴容性質(zhì)等。由于這些特性的存在，會在掘進(jìn)巷道時使圍巖應(yīng)力發(fā)生調(diào)整，同時也會使圍巖產(chǎn)生嚴(yán)重變形。因此在應(yīng)力調(diào)整過程中，要在不破壞圍巖本身強度的前提下，將變形能充分釋放出來。

原臨時支護(hù)技術(shù)是使用的噴漿技術(shù)，這種技術(shù)不僅費時費力，而且還會加劇工作環(huán)境的惡劣程度。而傳統(tǒng)的臨時支護(hù)技術(shù)因支護(hù)面積小、效果差、安全性低等也無法滿足當(dāng)下的需求。因此需要結(jié)合工程中實際的巖巷特點和工作面的地質(zhì)條件進(jìn)行合理的設(shè)計。在進(jìn)行巷道永久支護(hù)設(shè)計時，要以深部巷道圍巖的變形破壞機理為依據(jù)，并且結(jié)合工作面的具體情況，采用工程類比和理論法相結(jié)合的方法對永久支護(hù)進(jìn)行合理設(shè)計。

3 深井硬巖大斷面巷道快速掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)用

將深井硬巖大斷面巷道快速掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到新巨龍礦山作業(yè)中，由于該礦新增三采區(qū)，還要盡早啟用北區(qū)風(fēng)井，使巖巷工程量迅速增加。在3號礦層頂板砂巖中布置礦井2號輔助運輸大巷，巷道向北施工至三采區(qū)位置，巷道相關(guān)數(shù)據(jù)如下表1。

表1 巷道數(shù)據(jù)表

由于巷道圍巖普氏系數(shù)平均值為11，屬于堅固巖石，因此需要使用深井硬巖大斷面巷道快速掘進(jìn)技術(shù)提高掘進(jìn)效率。

在選擇設(shè)備時，選擇型號為MH620的掘進(jìn)機，這種掘進(jìn)機可以對巷道圍巖普氏系數(shù)低于13的硬巖進(jìn)行快速掘進(jìn)。運輸流程為：掘進(jìn)機截割落矸→星輪及自帶刮板輸送機→橋式轉(zhuǎn)載機→2號帶式輸送機→輔二帶式輸送機→北區(qū)帶式輸送機→主井提升。臨時支護(hù)使用ZLJ-10/21拱型機載液壓臨時支護(hù)系統(tǒng)，支護(hù)寬度在2.3m～3.0m范圍內(nèi)。永久支護(hù)使用耦合支護(hù)設(shè)計，分為初次耦合支護(hù)和二次耦合支護(hù)。深井硬巖大斷面巷道快速掘進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用效果如下表表2所示。

表2 1月～7月進(jìn)尺數(shù)據(jù)

通過數(shù)據(jù)可以得出：七個月累計進(jìn)尺910m，平均每月進(jìn)尺130m。其次，該設(shè)備已經(jīng)具備了月進(jìn)尺超過150m的能力，因此可以有效地提高掘進(jìn)工作的效率。最后，由于MH620型掘進(jìn)機是采用遙控器進(jìn)行控制和操作的，因此也可以有效地改善工作人員的作業(yè)環(huán)境，提高作業(yè)的安全性。

4 結(jié)語

綜上所述，由于地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜多樣，使得深井硬巖大斷面巷道快速掘進(jìn)技術(shù)在實際應(yīng)用過程中會面臨著諸多的問題和困難，因此在進(jìn)行深井硬巖掘進(jìn)施工之前要對進(jìn)行全面的、深入的考量和分析，以便于制定出有針對性的保護(hù)措施，使井下作業(yè)的環(huán)境得到改善、作業(yè)的安全性得到保障，實現(xiàn)在確保巷道支護(hù)質(zhì)量的基礎(chǔ)上提高巷道掘進(jìn)的作業(yè)效率，使礦井的經(jīng)濟(jì)效益得到大幅度的提高，并為我國社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。