巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)研究及應(yīng)用

顧杰

摘 要：巖巷的快速掘進(jìn)對煤礦的高產(chǎn)高效具有重要意義。針對目前井下巖巷掘進(jìn)作業(yè)效率低、安全性差的問題，以東龐礦-300水平6號煤采區(qū)準(zhǔn)備巷道施工為研究對象，從制約進(jìn)尺效率的因素入手，提出巖巷快速掘進(jìn)的針對性措施，將月度進(jìn)尺量提高了30%，有效實(shí)現(xiàn)了提升井下巖巷掘進(jìn)效率和安全性的目標(biāo)，以期為巖巷的快速掘進(jìn)提供參考。

關(guān)鍵詞：巖巷;掘進(jìn)工藝;機(jī)械化;快速掘進(jìn)

中圖分類號：TD263.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）32-0076-03

Research and Application of Rapid Tunneling Technology in Rock Roadway

GU Jie

（Dongpang coal mine of Jizhong Energy Resources Co.， Ltd.， Xingtai Hebei 054100）

Abstract： The rapid excavation of rock roadway is of great significance to the high yield and high efficiency of coal mine. Aiming at the problems of low efficiency and poor safety of underground rock roadway excavation， taking the preparation roadway construction in No. 6 coal mining area of Dongpang mine-300 level as the research object， starting with the factors restricting footage efficiency， this paper puts forward targeted measures for rapid rock roadway excavation， which increases the monthly footage by 30%， and effectively realizes the goal of improving underground rock roadway excavation efficiency and safety， in order to provide some reference for the rapid excavation of rock roadway.

Keywords： rock roadway;excavation technology;mechanization;rapid tunneling

隨著東龐礦-300水平2號煤開采臨近尾聲，6號煤采區(qū)計劃施工，出現(xiàn)了采區(qū)銜接緊張的問題。傳統(tǒng)的鉆眼爆破及國家政策單頭單面限員管理，極大制約著巖巷掘進(jìn)效率。通過科學(xué)優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)機(jī)械化設(shè)備的推廣應(yīng)用，能夠極大地提高掘進(jìn)效率。

1 工作面概況

1.1 地質(zhì)條件

東龐礦6100采區(qū)皮帶巷位于南二坡頭繞道西南，巷道設(shè)計總工程量為723 m，平均坡度為10°。巷道為拱形斷面，凈規(guī)格為：巷寬×巷中高=4.7 m×3.5 m。掘進(jìn)期間最大瓦斯絕對涌出量為0.5 m/min。根據(jù)附近巷道已施工的底板鉆探成果，結(jié)合附近已掘巷道實(shí)際揭露資料，巷道掘進(jìn)時可能會出現(xiàn)滴淋水現(xiàn)象。

1.2 施工工藝

采用鉆爆施工，使用YT-23（7655）型風(fēng)鉆打眼。當(dāng)爆破作業(yè)時，應(yīng)采用安全等級不低于三級的煤礦許用含水炸藥和煤礦許用毫秒延期雷管起爆。出渣使用耙斗裝巖機(jī)配側(cè)卸裝巖機(jī)上皮帶進(jìn)入渣倉，再由耙斗裝巖機(jī)裝罐出渣。巷道施工時堅(jiān)持一次成巷，正規(guī)循環(huán)實(shí)現(xiàn)“三掘一噴”[1-4]。

1.3 爆破管理

炮掘施工工藝流程為“施工炮眼→爆破→臨時支護(hù)→進(jìn)行支護(hù)→出渣”，以此為一個班循環(huán)。按照通風(fēng)管理及安全技術(shù)措施要求，單次裝藥量不得超過32 kg。遇到巖性較硬時，應(yīng)適當(dāng)縮小眼距，加密炮眼數(shù)量。

2 巖巷掘進(jìn)中存在的主要制約因素

2.1 鉆眼爆破施工效率不高

使用YT-23（7655）型風(fēng)鉆打眼時間長，平行作業(yè)、作業(yè)現(xiàn)場有限的情況下需要2～3臺風(fēng)鉆，每臺2人，需要6人左右，且相互之間影響較多。同時，巷道掘進(jìn)過程中會穿過細(xì)砂巖，巖性較硬，炮眼布置較多，鉆眼時間較長，每循環(huán)打眼時間在3 h，嚴(yán)重影響掘進(jìn)效率。

2.2 耙斗式裝巖機(jī)裝渣缺陷

相關(guān)要求規(guī)定，耙斗式裝巖機(jī)最大運(yùn)行距離不得超過40 m，即每次移動耙斗式裝巖機(jī)后掘進(jìn)距離達(dá)到40 m后必須停止掘進(jìn)。每次進(jìn)行該項(xiàng)工作時，至少需要花費(fèi)2 d時間做好前移皮帶、噴漿、鋪水溝以及延長各類管線等工作。耙斗式裝巖機(jī)鋼絲繩及耙斗消耗磨損較快，工作面迎頭堆渣較多，不能實(shí)現(xiàn)平行作業(yè)。運(yùn)行過程中繩道內(nèi)不得行人，不能實(shí)現(xiàn)迎頭支護(hù)作業(yè)和出渣平行作業(yè)。

2.3 定員管控限制

根據(jù)目前的相關(guān)規(guī)定，東龐礦要求每班開拓巷道現(xiàn)場人員不得超過15人（包括瓦斯員和放炮員）。一方面，日常管理中迎頭施工進(jìn)尺人員可以正常出勤，運(yùn)料工、勤雜工等人員需要進(jìn)一步調(diào)整配合;另一方面，在現(xiàn)場交接班過程中要保證施工質(zhì)量、排查隱患。

3 巖巷快速掘進(jìn)的措施

3.1 創(chuàng)新爆破工藝，大力推廣中深孔爆破

影響巖巷掘進(jìn)爆破效率的主要因素有掏槽方式及其裝藥量、炮眼深度、周邊眼光爆參數(shù)、起爆時差和炮眼利用率等。中深孔爆破的炮眼深度較大，一般在2 m以上。炮眼深度決定著單班循環(huán)進(jìn)尺數(shù)，同時對爆破質(zhì)量及巷道成型具有一定影響。為了提高中深孔爆破效果，可在裝藥眼附近施工空眼增加爆破自由面，還需要確定合理的眼距、布眼方式、裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)。炮眼深度應(yīng)根據(jù)單班進(jìn)尺數(shù)而定。長期實(shí)踐表明，中深孔爆破炮眼深度大于2 m，優(yōu)于淺孔爆破。目前，東龐礦采用的煤礦許用毫秒延期電雷管腳線長2 m。在采用中深孔爆破時，可以積極與廠家聯(lián)系，保證電雷管腳線長度在2.5 m以上，以滿足此項(xiàng)爆破的施工要求[5-6]。

3.2 提高裝備水平，推進(jìn)巖巷施工機(jī)械化

3.2.1 采用巖巷掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行巖巷掘進(jìn)施工。巖巷掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)是實(shí)現(xiàn)巷道掘進(jìn)機(jī)械化的重要途徑。同煤巷掘進(jìn)機(jī)使用方法一樣，巖巷掘進(jìn)機(jī)是一種能同時完成破巖、裝巖、運(yùn)輸、支護(hù)和調(diào)動行走的聯(lián)合機(jī)組。與鉆眼爆破法相比，采用巖巷掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行巖巷掘進(jìn)施工，減少了打眼放炮時間，極大降低了職工勞動強(qiáng)度，巷道成型較好，掘進(jìn)速度快。但目前利用巖巷掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行施工時還存在一些問題和缺陷。例如：如巷道斷面限制了掘進(jìn)機(jī)的使用;巖巷掘進(jìn)機(jī)一般較重，巷道底板渣較軟，不利于設(shè)備行走;在上下山和大坡度掘進(jìn)時靈活性差;設(shè)備投入成本較高，零部件易損壞。東龐礦地質(zhì)條件復(fù)雜，應(yīng)用前景不樂觀。

3.2.2 液壓鉆車打眼施工。目前，東龐礦采用CMJ17履帶式全液壓鉆車打眼施工，具有鑿巖效率高、作業(yè)人員少、勞動強(qiáng)度低的優(yōu)勢，而且提高了鉆孔質(zhì)量和巖巷掘進(jìn)機(jī)械化水平。以往利用YT-23（7655）型風(fēng)鉆進(jìn)行打眼，花費(fèi)時間長、用工多，打眼時需要5個人配合完成。此外，打眼過程中需要頻繁地拔鉆桿和移動鉆機(jī)，工人勞動強(qiáng)度較大。巖石軟的情況下耗時2 h左右，遇到巖石較硬的情況時，耗時為3 h，嚴(yán)重影響進(jìn)尺。利用液壓鉆車進(jìn)行打眼，只需2人在操控臺上操作手把即可。操作熟練的鉆車司機(jī)可以將打眼時間縮短到40 min。

此外，利用YT-23（7655）型風(fēng)鉆進(jìn)行打眼，施工人員需要緊靠迎頭（距迎頭2 m以內(nèi)）進(jìn)行操作。打眼過程中產(chǎn)生的震動容易造成迎頭山墻掉渣傷人。利用液壓鉆車進(jìn)行打眼，鉆車司機(jī)在操作臺上（距迎頭5 m）操作，遠(yuǎn)離迎頭，有效避免了掉渣傷人事故的發(fā)生。

3.2.3 合理選擇裝巖機(jī)。選擇裝巖機(jī)時考慮的因素比較多，主要包括巷道斷面大小，裝巖機(jī)的裝載寬度和生產(chǎn)率，適應(yīng)性和可靠性，操作、制造和維修的難易程度，裝巖機(jī)的造價和效率等。

鏟斗后卸式裝巖機(jī)（見圖1）生產(chǎn)能力為25～40 m/h，間歇作業(yè)，效率低，容易揚(yáng)起粉塵。要求施工人員有熟練的操作技術(shù)，一般應(yīng)用于單軌巷道。

耙斗裝載機(jī)構(gòu)造簡單，維修、操作方便，可用于平巷、斜巷以及煤巷、巖巷等。但是，其體積較大，移動不方便，影響其他機(jī)械的使用。間歇裝巖，底板清理不干凈，人工輔助工作量大，耙齒和鋼絲繩損耗量大，效率低，一般應(yīng)用于單軌巷道。

蟹爪式（見圖2）、立爪式裝巖機(jī)（見圖3）的裝巖動作連續(xù)，可與大容積、大轉(zhuǎn)載能力的運(yùn)輸設(shè)備和轉(zhuǎn)載機(jī)同時使用，生產(chǎn)效率高，但是構(gòu)造較復(fù)雜，造價高，蟹爪與鏟板易磨損。裝載巖石時，對制造工藝和材料耐磨度要求高。

3.3 減少裝巖出渣時間，提高單班循環(huán)

第一，在裝巖出渣上積極探索研究符合實(shí)際的機(jī)械化運(yùn)輸線，減少人員現(xiàn)場施工工序，提高設(shè)備的開機(jī)率和工時效率，減少單班循環(huán)的裝巖出渣時間。

第二，積極選用符合現(xiàn)場實(shí)際的裝巖機(jī)設(shè)備。設(shè)備選用主要由巷道斷面大小決定。對于雙軌巷道，盡量選用大型耙斗裝巖機(jī)，設(shè)備功率大，出渣速度快，操作簡單，但是安裝現(xiàn)場要求空間大。目前，東龐礦常用設(shè)備是側(cè)卸式裝巖機(jī)配耙斗式裝載機(jī)，雖然出渣時間較短，但是每次固定設(shè)備一循環(huán)，都需要停止爆破，前移耙斗式裝載機(jī)，零散工作較多。

第三，加強(qiáng)爆破管理工作，提高爆破效果。當(dāng)炮眼布置均勻以及裝藥量和起爆順序適當(dāng)時，實(shí)現(xiàn)光面爆破，巖石爆破效果好，渣塊均勻，掉渣集中，巷道成型好，底板平整，裝巖機(jī)的效率較高。例如：當(dāng)塊度小于200～500 mm時，ZC-20B型鏟斗式裝巖機(jī)工作效率最高;當(dāng)巖石大小超過500 mm，無法使用裝巖機(jī)。

第四，發(fā)展一機(jī)多用，如目前推廣的鉆錨一體機(jī)、錨運(yùn)破一體機(jī)等先進(jìn)機(jī)械化設(shè)備。在設(shè)備后緊跟皮帶出渣，能夠極大地縮短該項(xiàng)工藝的時間。

第五，加強(qiáng)裝渣罐車的組織管理工作。①提高炮眼施工和裝巖機(jī)崗位工作人員操作技能熟練水平，保障現(xiàn)場熟練操作，減少事故發(fā)生。②工藝工序執(zhí)行配合到位，崗位工之間配合密切，銜接流暢。③加強(qiáng)機(jī)電檢修，保證設(shè)備開機(jī)率。④鋪設(shè)軌道符合規(guī)程要求，安全設(shè)施及絞車檢修到位，經(jīng)常維護(hù)，減少運(yùn)輸事故。

3.4 堅(jiān)持正規(guī)循環(huán)作業(yè)

突出抓好現(xiàn)場精細(xì)化正規(guī)循環(huán)，優(yōu)化施工工藝。根據(jù)定員管理要求，巷道迎頭定員不超過15人。通過實(shí)驗(yàn)論證，創(chuàng)新實(shí)行半班人員交接班制度，即每次交接班期間有一半人員在巷道口，一半人員在迎頭交接班。這樣既能保證交班人員安心完成收尾工作，交接當(dāng)班遺留問題，又能保障接班人員做好準(zhǔn)備工作，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化細(xì)心驗(yàn)收。在驗(yàn)收考核中，交接班跟班和班長聯(lián)合進(jìn)行驗(yàn)收，如果出現(xiàn)施工質(zhì)量不合格或丟尾等影響正常施工工序的情況，倒扣工作得分，從而避免出現(xiàn)為趕進(jìn)度而丟尾甚至影響施工質(zhì)量的不良情況。

4 結(jié)語

通過東龐礦巖巷掘進(jìn)實(shí)例分析巖巷快速掘進(jìn)的技術(shù)趨勢，對比制約進(jìn)尺效率的因素及解決措施，提出了巖巷機(jī)械化快速作業(yè)線，研究了其施工工藝和技術(shù)裝備問題。通過合理組織，能夠有效保證巖巷月進(jìn)尺不低于150 m，充分保障巖巷掘進(jìn)效率，推動企業(yè)發(fā)展。

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