巖巷高產(chǎn)高效掘進(jìn)技術(shù)及設(shè)備選型

郭 帆

（山西平舒煤業(yè)有限公司， 山西 壽陽 045400）

引言

近年來，隨著采煤技術(shù)、采煤工藝以及綜采設(shè)備自動(dòng)化水平的不斷提升，綜采工作面的采煤效率得到顯著提升，主要表現(xiàn)為工作面每個(gè)月的推進(jìn)距離可達(dá)到150～250 m。但是，我國(guó)的巷道掘進(jìn)技術(shù)及掘進(jìn)速度無法與工作面的推進(jìn)速度相匹配。經(jīng)研究可知，導(dǎo)致工作面巷道掘進(jìn)速度緩慢的主要因素有：掘進(jìn)設(shè)備的自動(dòng)化程度不高、掘進(jìn)工作設(shè)計(jì)不合理以及巷道支護(hù)效果不佳等[1]。為了與綜采工作面高產(chǎn)高效生產(chǎn)要求相匹配，需提升工作面巷道的掘進(jìn)技術(shù)，優(yōu)化巷道掘進(jìn)的施工工藝和掘進(jìn)設(shè)備的配置，提升工作面巷道的支護(hù)效果等。本文著重對(duì)巖巷的掘進(jìn)技術(shù)和施工工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體闡述如下。

1 工程概況

以某礦水平東翼的軌道大巷為研究對(duì)象。該巷道的全長(zhǎng)為2 390 m，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量得知，該巷道可能會(huì)遇到三條較大的斷層，三條斷層的具體情況如表1 所示。

此外，該巷道在掘進(jìn)過程中還可能遇到隱伏的地質(zhì)構(gòu)造。該巷道的頂?shù)装迩闆r如表2 所示。

經(jīng)探測(cè)可知，在頂板砂巖裂隙的含水層水性較強(qiáng)。也就是說，如果在巷道掘進(jìn)過程中遇到砂巖裂隙會(huì)導(dǎo)致可能有大量的礦井水涌出，進(jìn)而導(dǎo)致透水事故的發(fā)生。經(jīng)對(duì)該巷道圍巖特性分析后可：得出準(zhǔn)確的巖石單軸抗壓強(qiáng)度和壓縮極限應(yīng)變；巷道巖層中的巖石結(jié)構(gòu)緊密，其中所含的裂隙較少；巷道巖層不具有膨脹特性，但是可能遇涌水后導(dǎo)致吸水膨脹[2]。

表2 巷道頂?shù)装迩闆r

分析巖層掘進(jìn)現(xiàn)狀：目前，針對(duì)該巷道的掘進(jìn)雖然采用了機(jī)械化施工技術(shù)，但是其對(duì)應(yīng)的施工工藝和掘進(jìn)設(shè)備的配套無法滿足采煤工作面高產(chǎn)高效的生產(chǎn)特點(diǎn)。

2 提升巷道掘進(jìn)效率的技術(shù)研究

提升工作面巷道的掘進(jìn)效率需分析影響巷道高產(chǎn)高效掘進(jìn)的因素，并分析當(dāng)前巷道掘進(jìn)施工工藝存在的缺陷，提出實(shí)現(xiàn)巷道高產(chǎn)高效掘進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 巷道掘進(jìn)工藝研究

工作面巷道的掘進(jìn)工藝包括有鉆眼爆破、掘進(jìn)通風(fēng)、裝巖與運(yùn)輸、巷道支護(hù)等主要工藝。

1）鉆眼爆破主要從鉆孔設(shè)備及方式的選擇及爆破技術(shù)的選擇兩方面進(jìn)行優(yōu)化。其中，針對(duì)爆破技術(shù)需明確炸藥的消耗量、炮眼的直徑、炮眼的深度、炮眼的數(shù)目等參數(shù)，還需根據(jù)巷道情況選擇最佳的炮眼排列方式。

2）掘進(jìn)工作面的通風(fēng)主要包括有總風(fēng)壓通風(fēng)、局部通風(fēng)以及引射器通風(fēng)等。目前，我國(guó)巷道工作面應(yīng)用最為廣泛的通風(fēng)方式為局部通風(fēng)，其中較為常見的局部通風(fēng)方式包括有壓入式通風(fēng)、抽出式通風(fēng)以及混合式通風(fēng)[3]。

3）巖巷掘進(jìn)的裝巖可通過裝巖機(jī)完成，比較常見的裝巖機(jī)類型為鏟斗式裝巖機(jī)。巖巷掘進(jìn)的運(yùn)輸多采用電機(jī)車牽引礦車完成。

4）巖巷掘進(jìn)的主要支護(hù)方式包括有錨桿支護(hù)、噴混凝土支護(hù)技術(shù)以及采用木和金屬等普通支架進(jìn)行支護(hù)[4]。

2.2 影響巷道掘進(jìn)的因素分析

影響巷道掘進(jìn)的主要因素可從巷道地質(zhì)情況、掘進(jìn)設(shè)備以及施工工藝三個(gè)方面展開研究。

1）巷道地質(zhì)情況主要包括有巖巷內(nèi)巖石的硬度、瓦斯的涌出量、頂?shù)装宓那闆r等。巖巷的地勢(shì)條件是制約其掘進(jìn)效率的關(guān)鍵因素，也是無法優(yōu)化的因素。

2）目前，巷道掘進(jìn)的常見設(shè)備有風(fēng)錘鑿巖、耙矸機(jī)裝巖和電機(jī)車牽引礦車排矸，此類設(shè)備自動(dòng)化程度低、性能較差，嚴(yán)重制約著巷道的掘進(jìn)速度；工作面的錨桿支護(hù)的自動(dòng)化程度低，導(dǎo)致作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大等；當(dāng)前錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)中錨桿定位沒有可靠的裝置，導(dǎo)致錨桿的質(zhì)量施工不符合要求，為工作面的安全生產(chǎn)帶來隱患[5]。

3）目前，針對(duì)巖巷的掘進(jìn)和支護(hù)主要采用兩掘一噴的工作方式。此種工作方式存在支護(hù)效果和工程實(shí)施質(zhì)量差、掘進(jìn)工作面的迎頭不安全和掘進(jìn)單進(jìn)不高等問題。

總之，影響巷道掘進(jìn)速度和巷道成形效果的主要因素包括所選型設(shè)備性能不佳、自動(dòng)化程度低以及巷道支護(hù)效果不佳等。

3 巖巷掘進(jìn)設(shè)計(jì)及施工設(shè)計(jì)

為提升巖巷的掘進(jìn)效率和掘進(jìn)質(zhì)量，本文從巖巷支護(hù)和掘進(jìn)設(shè)備選型兩個(gè)方面著手。

3.1 巖巷支護(hù)設(shè)計(jì)

巖巷的工作斷面結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

如圖1 所示，本文所研究巖巷的規(guī)格尺寸為4.8 m×3.4 m，巷道的寬度為5.1 m，巷道的高度為3.75 m。針對(duì)該巖巷地質(zhì)及頂?shù)装迩闆r采用如下支護(hù)方法：

圖1 巖巷斷面結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

1）針對(duì)巖巷的完整段，所選型錨桿的直徑為22.5 mm，錨桿長(zhǎng)度為1.8 m，錨桿之間的間距為1 000 mm；針對(duì)巖巷的破碎段，所選型錨桿的直徑為22.5 mm，錨桿的長(zhǎng)度為1.8 m，錨桿之間的間距為800 mm。

2）針對(duì)巖巷采用永久支護(hù)的方式，臨時(shí)支護(hù)的方案為錨桿+掛網(wǎng)片的設(shè)計(jì)。錨桿參數(shù)為：錨桿直徑為22.5 mm，長(zhǎng)度為1.8 m；網(wǎng)片的尺寸規(guī)格為1 m×1 m，網(wǎng)片網(wǎng)格的尺寸為100 mm×100 mm。

3.2 巖巷設(shè)備選型

為確保巖巷的掘進(jìn)效率和掘進(jìn)質(zhì)量，選用自動(dòng)化程度較高的設(shè)備。在對(duì)市場(chǎng)調(diào)研的基礎(chǔ)上，針對(duì)該巖巷的掘進(jìn)任務(wù)所選型的設(shè)備型號(hào)和數(shù)量如表3所示。

表3 巖巷掘進(jìn)設(shè)備及數(shù)量

4 結(jié)語

煤炭的開采需要工作面所有工序、設(shè)備的密切配合。當(dāng)前，我國(guó)采煤工藝、采煤技術(shù)及綜采設(shè)備自動(dòng)化水平的提高極大提升采煤工作面的推進(jìn)速度，但是巷道的掘進(jìn)速度和掘進(jìn)質(zhì)量無法與采煤工作面推進(jìn)速度相匹配。影響巷道掘進(jìn)速度和掘進(jìn)質(zhì)量的主要因素包括有掘進(jìn)設(shè)備及其輔助設(shè)備的自動(dòng)化程度低、巷道的支護(hù)效果不佳以及掘進(jìn)工藝不合理。因此，需根據(jù)巷道的地質(zhì)條件、頂?shù)装迩闆r為其選擇最佳掘進(jìn)設(shè)備及輔助設(shè)備，設(shè)計(jì)效果最佳的支護(hù)方案和施工工藝。