巖巷綜掘快速掘進線在九龍礦的應(yīng)用研究

王兆瑞，代衛(wèi)林

（冀中能源峰峰集團寶峰礦業(yè)有限公司 九龍礦，河北 邯鄲 056200）

0 引言

隨著我國綜采機械化的不斷發(fā)展，綜采工作面開采推進速度不斷提高，然而巖巷掘進機械化水平普遍較低，掘進效率低、速度慢，礦井采掘銜接緊張矛盾日益凸顯[1]。如何布置巖巷快速掘進線，是保證礦井銜接有序、穩(wěn)產(chǎn)高效的關(guān)鍵。我國巖巷掘進主要采用鉆爆法與機掘法。鉆爆法機械化作業(yè)線分為2 類：以氣腿式鑿巖機、耙斗式裝巖機為主，巖巷月進尺一般為60 m；以氣腿式鑿巖機、挖掘式或側(cè)卸式裝巖機為主，巖巷月進尺一般為90 m[2]。九龍礦巖巷掘進大部分以第二種鉆爆法為主，通過不斷改進爆破、裝載工藝，巖巷月進達到120 m，但仍未滿足九龍礦采掘銜接緊張的局面。機掘法以懸臂式掘進機為主，輔以轉(zhuǎn)載機、帶式輸送機聯(lián)合運輸。相較于鉆爆法，機掘法機械化程度進一步提高，沒有鉆眼、放炮等繁瑣工序，且破、裝、運能夠同時作業(yè)，施工工序簡單，循環(huán)作業(yè)時間短，設(shè)備開機率高可連續(xù)作業(yè)，沒有爆破環(huán)節(jié)，工作更為安全。國內(nèi)機掘法多用于煤巷，九龍礦煤巷掘進月進尺已達到350 m。機掘法在巖巷應(yīng)用成功案例較少，在九龍礦成立巖巷綜掘快速掘進線是一次有益嘗試。

1 概況

15249S 頂抽巷位于九龍礦北五采區(qū)下部，巷道設(shè)計標高-772—-791 m，設(shè)計長度772 m，半圓拱型全巖斷面，凈寬×凈高=4 200 mm×3 000 mm，主要用于15249S 工作面回采期間的抽采瓦斯。15249S 工作面除布置上順槽、下順槽構(gòu)成生產(chǎn)系統(tǒng)外，又布置了底抽巷、頂抽巷，用于防治煤層瓦斯。底抽巷為巖巷，巷道規(guī)格與頂抽巷規(guī)格相同，已經(jīng)掘進完成，月度進尺記錄為110 m。上、下順槽為2 條煤巷，凈寬×凈高=4 600 mm×3 500 mm，根據(jù)九龍礦煤巷的掘進水平，可以達到月進300 m。九龍礦巖巷掘進速度小于煤巷掘進速度，頂抽巷與上、下順槽開口掘進的起始時間相差不到1 個月，根據(jù)礦計劃，頂抽巷必須保證平均月進不低于150 m，才能保證工作面的正常銜接。如何提高巖巷掘進進尺是15249S 工作面能否按時銜接的關(guān)鍵。

2 巖巷快速掘進制約因素

2.1 地質(zhì)影響

巖巷掘進受巷道圍巖性質(zhì)影響較大。15249S頂抽巷主要用于15249S 工作面的瓦斯抽采，合理層位為工作面上方的25～40 m，在此范圍內(nèi)，巖性多為砂巖，普氏硬度系數(shù)為7.6，即單向極限抗壓強度值為76 MPa。EBZ-160（A）型掘進機的最大切割巖石抗壓強度為70 MPa，即使用綜掘機截割普氏硬度系數(shù)大于7 的巖石時，掘進機處于高負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)，截割效率低，截割部的截齒、綜掘機刮板鏈損耗增加，對設(shè)備的維護等帶來很大壓力，掘進速度難以提高。

2.2 機械、設(shè)備影響

巖巷掘進，主要工序為“破、裝、運、支”。機械、設(shè)備水平的提升，不斷優(yōu)化“破、裝、運、支”環(huán)節(jié)，從而提高巷道掘進速度。鉆爆法機械化作業(yè)線為氣腿式鑿巖機+耙斗式裝巖機+礦車的作業(yè)線升級為氣腿式鑿巖機+挖掘式或側(cè)卸式裝巖機+刮板輸送機的作業(yè)線。實際生產(chǎn)過程，尤其是運輸環(huán)節(jié)多部設(shè)備配合，一旦設(shè)備發(fā)生故障，直接影響生產(chǎn)掘進。巖巷掘進設(shè)備的高故障率，發(fā)揮不了設(shè)備的最大機械效能，制約著巷道的掘進速度。

2.3 粉塵影響

巷道使用綜掘機，比之煤巷，巖巷更容易產(chǎn)生粉塵，且危害更大。粉塵嚴重危害工人的生命健康，加速機械磨損，降低巷道內(nèi)的能見度，影響掘進速度。

3 巖巷綜掘快速掘進的施工優(yōu)化

3.1 優(yōu)化支護設(shè)計

為積極探尋綜掘機掘進的合適層位，在15249S 上順槽打設(shè)4 個超前探孔進行取芯探測。根據(jù)探測結(jié)果繪制15249S 頂抽巷預(yù)想地質(zhì)剖面圖（圖1），2 號煤頂板往上26～29 m 處1 號煤層位巖性適合綜掘機掘進。4 月14 日開始按+14°起坡穿層掘進，直到5 月16 日，巷道頂板掘至1 號煤頂層位。

圖1 15249S 頂抽巷預(yù)想地質(zhì)剖面圖Fig.1 Geological profile of 15249s top-pumping roadway

不斷優(yōu)化支護設(shè)計。在巷道掘至23 點前15.8 m 時，巷道頂板為平均厚度4 m 的細砂巖，普氏硬度系數(shù)為8.5。對此，優(yōu)化支護：巷道排間距由800 mm×800 mm 改為1 500 mm×1 200 mm，并重新設(shè)計金屬網(wǎng)規(guī)格，長×寬由1 500 mm×1 000 mm 改為1 400 mm×1 700 mm，滿足大排距巷道支護要求。在巷道掘至41 點前19.5 m 時，巷道頂板變?yōu)樯百|(zhì)泥巖，為保證頂板安全，再一次優(yōu)化巷道支護：頂部打設(shè)4 根錨索排間距為900 mm×1 000 mm，錨桿排間距為900 mm×900 mm?？傮w上，既滿足頂板支護質(zhì)量要求，又減輕了巷道支護，提高了掘進速度。第二次優(yōu)化設(shè)計后支護斷面，如圖2所示。

圖2 15249S 頂抽巷支護斷面示意Fig.2 Support section of 15249s top-pumping roadway

3.2 優(yōu)化作業(yè)生產(chǎn)線

九龍礦成立的快速掘進線為懸臂式掘進機+橋式膠帶轉(zhuǎn)載機+可伸縮膠帶輸送機[4]。BZ-160（A）加強型巖巷掘進機，最大切割巖石抗壓強度為70 MPa，可以輕松勝任巖石普氏系數(shù)f＜7 巖體切割任務(wù)。橋式轉(zhuǎn)載機配合可伸縮膠帶輸送機，代替了巖巷每隔50 m 就要加鋪一套設(shè)備的刮板輸送機，在巷道不斷掘進過程中，減少了設(shè)備數(shù)量。同時膠帶輸送機相比于刮板輸送機易于維護，在出砟過程中沒有卡鏈、斷鏈等影響，設(shè)備故障低，開機率高[5]。

優(yōu)化生產(chǎn)作業(yè)線后，與鉆爆法相比，工序簡單，割、裝、運全部機械化操作，可以平行作業(yè)，日進尺由3.2 m 提高到7 m，每天用工減少4 人，工效相對提高了140%，實現(xiàn)了減人提效。巖巷機掘與鉆爆法的工效比較見表1。

表1 巖巷機掘與鉆爆法的工效比較Table 1 Comparison of work efficiency between mechanical driving and blasting in rock roadway

3.3 改善作業(yè)環(huán)境

配備KCG-450D 干式除塵器。除塵器風(fēng)筒布置在巷道迎頭3 m 范圍內(nèi)，打開除塵器后，迎頭形成負壓，在距掘進工作面15 m 處截斷風(fēng)機風(fēng)筒，迎頭負壓即保證了巷道迎頭的供風(fēng)，又達到了除塵的目的。除塵器額定處理風(fēng)量300 m3/min，頂抽巷掘進期間所需風(fēng)量為270 m3/min，經(jīng)現(xiàn)場實測，總除塵效率達到90%以上。除塵器降低了巷道內(nèi)的粉塵濃度，實現(xiàn)高效控塵，降低了粉塵對設(shè)備的影響，同時提高破巖時的能見度，有助于巖巷的快速掘進。

3.4 加強施工管理

針對新工藝、新設(shè)備，加強對作業(yè)人員的崗前培訓(xùn)，使作業(yè)人員掌握工藝流程，并熟練操作設(shè)備。加強施工過程管理，嚴格執(zhí)行掘進單位的各項管理制度，現(xiàn)場交接班、安全確認、質(zhì)量驗收、成本管控、設(shè)備維修等。尤其是設(shè)備維修管理，建立設(shè)備維修臺賬，定期維護保養(yǎng)。針對巖巷破砟易磨壞截割部底座的情況，三班檢查截割部截齒磨損情況，及時更換損壞截齒，確保設(shè)備完好，最終保證正規(guī)循環(huán)。

4 結(jié)語

懸臂式掘進機+橋式膠帶轉(zhuǎn)載機+可伸縮膠帶輸送機配備除塵器的機械化作業(yè)線，在九龍礦巖巷首次應(yīng)用，克服了巷道斷面巖石硬度高、地質(zhì)條件極復(fù)雜等因素，實現(xiàn)了巷道13 m2全巖斷面月進208 m。該技術(shù)的成功應(yīng)用，得益于設(shè)備升級、地質(zhì)勘探、巖層挑選、支護優(yōu)化，探索出了九龍礦巖巷綜掘快速掘進的新途徑。