巖巷快速施工技術(shù)在宏陽煤礦的應(yīng)用研究

朱 丹，王景濤

（山東宏陽礦業(yè)有限公司，山東 嘉祥272400）

目前，我國煤礦巷道掘進(jìn)大多以鉆爆法為主，形成了以氣腿鉆機(jī)，全液壓鉆機(jī)，耙?guī)r機(jī)為主要設(shè)備的工作線，我國部分煤礦采用懸臂掘進(jìn)機(jī)為主要設(shè)備。然而在我國很多煤礦中應(yīng)用的以懸臂式掘進(jìn)機(jī)為主要設(shè)備的掘進(jìn)方法，但最終效果卻不理想，巖巷掘進(jìn)保持在每月80m 左右。同時，近年來隨著綜掘機(jī)和掘錨一體機(jī)的發(fā)展，煤巷施工速度明顯提高，工人勞動強(qiáng)度大幅降低。然而巖巷速度一直沒有較大提高，主要是鑿巖設(shè)備配套和施工工藝需要改進(jìn)。本文以宏陽煤礦東翼軌道大巷、東翼膠帶大巷為工程背景，對巖巷快速施工技術(shù)進(jìn)行研究。

1 工程概況及地質(zhì)條件

宏陽煤礦現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)為兩條東翼大巷的掘進(jìn)，計劃2021 年將開拓大巷掘進(jìn)至3 煤位置，兩條大巷總計約1 萬m，年度掘進(jìn)進(jìn)尺不小于3 925m。若采用耙裝機(jī)配合人工打眼放炮的方式進(jìn)行掘進(jìn)，單月平均進(jìn)尺約80m，無法完成實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)生產(chǎn)任務(wù)及開拓至東部采區(qū)的預(yù)期目標(biāo)。

根據(jù)勘探資料顯示，東翼軌道大巷上平巷以里整體地質(zhì)條件較簡單，在巷道掘進(jìn)范圍內(nèi)將穿過褶曲構(gòu)造董王莊背斜，軸向北北西，延展長度約3km，向北傾伏。幅度約40m，跨度約1.5km，兩翼傾角約3°，巷道前掘區(qū)域煤巖層傾角-2°～10°。

根據(jù)附近巷道揭露地質(zhì)情況及勘探資料顯示，東翼軌道大巷上平巷以里，掘進(jìn)可能會揭露4 條斷層，為SF9，落差0～7m；FD38，落差0～3m；FD34，落差0～5m；FD43，落差0～3m。斷層遇斷層時會對巷道掘進(jìn)施工造成一定影響。

2 施工設(shè)備配套改進(jìn)

2.1 快速掘進(jìn)裝備

目前煤礦巖巷掘進(jìn)過程中，設(shè)備成為制約掘進(jìn)速度的最大問題，提高巖巷掘進(jìn)的機(jī)械化程度，是實(shí)現(xiàn)巖巷快速掘進(jìn)的有效途徑。

1） 引進(jìn)CMJ2-35 履帶式雙臂鑿巖臺車配合B38mm 釬桿、Φ43mm 柱齒鉆頭施工炮眼，代替原YT-27 型氣腿式鑿巖機(jī)。鑿巖臺車具有以下優(yōu)點(diǎn)：①液壓鑿巖機(jī)鑿巖硬度高，速度快，極大縮減了施工炮眼及正規(guī)循環(huán)時間；②液壓鉆臂轉(zhuǎn)動靈活且具有很好的穩(wěn)定性，可按照炮眼角度、深度、間距快速準(zhǔn)確定位，不需人工進(jìn)行校準(zhǔn)，鑿巖爆破后巷道巷道尺寸和表面規(guī)整；③由于液壓鑿巖不必排除廢氣，沒有廢氣所夾雜的油污造成的對環(huán)境的污染，提高工作面可見度，改善施工作業(yè)環(huán)境。

2）引進(jìn)LWLX-120 履帶挖掘式裝載機(jī)，代替原P-90B 型耙矸機(jī)。履帶挖掘式裝載機(jī)靠履帶推進(jìn)挖取巖石送入自身刮板輸送機(jī)，刮板輸送機(jī)從尾部將巖石送入裝載機(jī)二運(yùn)，然后送入膠帶輸送機(jī)。挖掘式裝載機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①推進(jìn)力大，扒取范圍廣，可以全斷面裝巖，不留死角，不需人工輔助清理工作面；②采用先導(dǎo)閥控制，操作輕松簡便，性能可靠；③裝巖速度快，減少挪移設(shè)備時間，也極大減少了正規(guī)循環(huán)時間。

3）改進(jìn)MYT-120/320C 液壓錨桿鉆機(jī)。目前液壓錨桿鉆機(jī)在部分煤礦已得到廣泛應(yīng)用，但宏陽煤礦巷道掘進(jìn)速度較快，液壓錨桿鉆機(jī)的液壓泵及饋電開關(guān)需頻繁挪移，因設(shè)備較笨重，人工挪移困難，制約著巖巷的掘進(jìn)速度。針對這些問題提出了有效的解決方案：①液壓錨桿鉆機(jī)、液壓泵及液壓開關(guān)安裝在履帶挖掘式裝載機(jī)上，并安裝防護(hù)板；②掘進(jìn)放炮后履帶挖掘式裝載機(jī)出矸與迎頭支護(hù)平行作業(yè)。這樣既提高了設(shè)備使用效率，減少工人勞動強(qiáng)度，又避免人工抬運(yùn)大型設(shè)備帶來的風(fēng)險，保證施工安全。

2.2 應(yīng)用效果分析

宏陽煤礦經(jīng)過多方考察對比、研究，確定使用CMJ2-35 型履帶式雙臂鑿巖臺車、LWLX-120 履帶挖掘式裝載機(jī)、液壓錨桿鉆機(jī)相配合的炮掘施工。履帶式鑿巖臺車采用液壓雙鉆臂，臺車鑿巖效率高，速度快，是傳統(tǒng)人工風(fēng)鉆打眼效率的兩倍以上?，F(xiàn)巷道迎頭灰?guī)r約占全斷面的1/2，使用臺車施工65 個炮眼時間為1.5h，比3 臺人工風(fēng)鉆打眼時間節(jié)約3.5～4.5h，大大提高施工效率。同時，臺車打眼作業(yè)環(huán)境相對安全、良好。

履帶挖掘式裝載機(jī)出矸效率高、挖裝范圍廣、全斷面裝巖、操作便捷、減少工人勞動強(qiáng)度，相比耙裝機(jī)出矸減少了清理余矸，挪移設(shè)備所占用的時間。區(qū)隊(duì)通過控制爆破效果，實(shí)現(xiàn)平行作業(yè)，實(shí)際履帶挖掘式裝載出矸占用循環(huán)時間約50min。

經(jīng)過實(shí)踐，履帶式雙臂鑿巖臺車、挖掘式裝載、液壓錨桿鉆機(jī)配合施工取得較好的效果，宏陽煤礦東翼軌道大巷單炮循環(huán)進(jìn)尺可到達(dá)2.7m，單月進(jìn)尺可達(dá)到160m，以后還有可上升空間，為宏陽煤礦下一步開采3 煤奠定了良好的基礎(chǔ)。

同時相比傳統(tǒng)掘進(jìn)方式提前2 年到達(dá)東部采區(qū)，提前創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，為集團(tuán)公司以后的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。

3 施工工藝改進(jìn)

3.1 施工工藝

1）工藝流程。對傳統(tǒng)施工技術(shù)進(jìn)行細(xì)化、優(yōu)化、科學(xué)組織，盡可能安排平行操作。技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場跟進(jìn)，對各工序銜接做好優(yōu)化，解決窩工情況，并測試優(yōu)化后工序的耗時情況。經(jīng)試驗(yàn)測試后，可以將正規(guī)循環(huán)詳細(xì)分為：打眼→連線裝藥→爆破→支護(hù)頂部（出矸）→初噴→支護(hù)幫部→初噴,而此“七工序”則為1 個小循環(huán)。

2）勞動組織。傳統(tǒng)“三八”操作體系改進(jìn)為“四八”交叉并行操作體系。在基于原有3 個班上，在添加1 個噴漿班，然后三個掘進(jìn)班執(zhí)行“三八”體系，再由各掘進(jìn)班完成1 個小循環(huán)。噴漿班不再獨(dú)占用時間，需與十字頭班平行操作。而這一操作模式的勞動組織形式，也就是“四八”交叉平行操作體系。交叉掘進(jìn)班在掘進(jìn)時，應(yīng)在排矸機(jī)前實(shí)施，而排矸機(jī)后由噴漿班重新噴入巷道。

3）作業(yè)方式。將“一掘一錨,二掘一噴”傳統(tǒng)掘進(jìn)方式改為“一掘一初噴+ 復(fù)噴”，其中3 個掘進(jìn)班，而噴漿班應(yīng)與掘進(jìn)班交叉進(jìn)行施工，并且錨噴巷道噴射混凝土工序需和掘進(jìn)工序施行平行作業(yè)，增加噴漿機(jī), 工作面初噴和履帶挖掘式轉(zhuǎn)載機(jī)后成巷施工同時進(jìn)行。

3.2 爆破技術(shù)

實(shí)施爆破技術(shù)，不僅可以提升傳統(tǒng)巖巷掘進(jìn)技術(shù)，并且也能使生產(chǎn)逐漸由傳統(tǒng)臺階法施工中，以及淺孔多循環(huán)框架內(nèi)釋放出來，故而既能改善單循環(huán)進(jìn)尺，也可以使循環(huán)次數(shù)、輔助作業(yè)時間得到有效降低。并且，經(jīng)過不斷地試驗(yàn)、勘探、改進(jìn)，能夠很好地使不同巖性內(nèi)深孔爆破技術(shù)所用到的爆破參數(shù)得以全面了解，比如炮孔布置、深度、裝藥量、封泥長度等，從而使"抽炮"等常見問題能得到很好解決。同時，還能使巖巷光爆的成型質(zhì)量得到很大提高，其中炮眼的利用率則由之前85%提升了10%。另外，單循環(huán)進(jìn)尺也能增加為0.3～0.7m，若每月按60 個循環(huán)計算，那么每月巖巷進(jìn)尺可增加30m 以上。

3.3 雙循環(huán)作業(yè)法

應(yīng)堅持正規(guī)的循環(huán)運(yùn)行，利用“雙循環(huán)操作法”，小周期為大周期創(chuàng)造條件，大周期為小周期打好基礎(chǔ)，大周期影響小周期，兩者相輔相成?！半p循環(huán)操作法”除了讓掘進(jìn)可以持續(xù)且良性進(jìn)行推進(jìn)外，也能讓小周期正規(guī)循環(huán)率達(dá)到90%以上，大周期循環(huán)率可達(dá)95%以上。

1）小周期。本次“七道工序”為完成小周期，小周期進(jìn)尺2.0～2.4m；每天完成3 個小周期，共計6.0～7.2m。進(jìn)尺小循環(huán)拱每排打頂錨7 個，兩側(cè)每排打4 個幫錨（爆破前打幫錨）。

2）大周期。基于掘進(jìn)班掘進(jìn)小周期良性推進(jìn)的積極配合下,噴漿班每5 天則可以完成“鋪道、復(fù)噴成巷”為1 個大周期，其中大周期的進(jìn)尺則為50～70m。

3.4 快速掘進(jìn)工藝分析

以下表1 種體現(xiàn)的為近些年來，所應(yīng)用的普通鉆爆法、中深孔爆破及快速掘進(jìn)施工工藝的技術(shù)參數(shù)對照表，其中每月工作日按26 天計算。

表1 相關(guān)技術(shù)參數(shù)對照

通過對比三類施工方法、組織形式等，可得出結(jié)論為：

1）通過應(yīng)用深孔爆破技術(shù)，最終效果不但有助于提高單次循環(huán)進(jìn)尺，并且也能使循環(huán)次數(shù)、輔助作業(yè)時間很好降低。

2）傳統(tǒng)施工技術(shù)由“二掘一噴”改進(jìn)為“一掘一初噴+復(fù)噴”，并且每班添加1 個掘進(jìn)小循環(huán)，其效果不但能增加掘進(jìn)環(huán)數(shù)，而這也是快速掘進(jìn)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵所在。

3）“四八”交叉平行作業(yè)制、雙循環(huán)作業(yè)法等新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用以及精細(xì)化管理,是實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)的關(guān)鍵。

4）堅持正規(guī)循環(huán)作業(yè)是快速掘進(jìn)的重要保障。就施工管理而言，其重點(diǎn)在于確保掘進(jìn)班的正規(guī)循環(huán)，以及提升正規(guī)循環(huán)率。若想正規(guī)循環(huán)得以保證，首先在于各種配套設(shè)備必須具有備用，只有這樣才能在設(shè)備損壞后，及時進(jìn)行修復(fù)或更換；其次，調(diào)動員工積極性，能讓不同時間進(jìn)入工作員工，充分進(jìn)行搶循環(huán)。因此，必須以正規(guī)循環(huán)為中心，全面提高掘進(jìn)、幾點(diǎn)、運(yùn)輸、通風(fēng)的組織及管理。

4 結(jié) 論

綜上所知，在普通炮掘法的基礎(chǔ)上，將快速掘進(jìn)裝備及施工工藝應(yīng)用于巖巷掘進(jìn)，在確保其安全和質(zhì)量的條件下，能夠最大限度地完成快速掘進(jìn)成巷，同時，經(jīng)過不斷地改進(jìn)" 實(shí)踐- 總結(jié)- 改進(jìn)"，使得該技術(shù)在宏陽煤礦東翼大巷的開拓施工過程中也得到了很好的實(shí)踐及推廣，由之前的月單進(jìn)80m 增加到了160m，且平均每月進(jìn)尺可以達(dá)到150m。由此可見，這一項(xiàng)技術(shù)大大提升了普通炮掘法的掘進(jìn)速度與單進(jìn)水平，并且使得礦井采掘關(guān)系的緊張度也得到了有效緩解，可見這對于保障礦井高產(chǎn)、高效有著至關(guān)重要意義。