大坡度下山巖巷綜掘快速施工關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

＊?jiǎng)?沖

（山西省煤炭建設(shè)監(jiān)理有限公司 山西 030012）

前言

大坡度下山巖巷快速掘進(jìn)施工中關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)多，因此實(shí)施技術(shù)改造、改善施工作業(yè)環(huán)境、提高綜掘速度就成為關(guān)鍵。若要建立安全且快速的綜掘施工環(huán)境，還需要明確施工中所存在的諸多問題。

1.大坡度下山巖巷綜掘快速施工的相關(guān)問題

伴隨目前國內(nèi)礦山礦區(qū)生產(chǎn)力度的加大，煤礦工作面也深受到各種地質(zhì)構(gòu)造與外力影響，諸多施工問題日漸凸顯。例如目前的礦井開采深度正在不斷增加，其開拓延深、準(zhǔn)備與回采巷道施工過程明顯存在各種嚴(yán)重地質(zhì)構(gòu)造影響，這導(dǎo)致掘進(jìn)幅度逐漸增大，出現(xiàn)了許多坡度＞16°的下山巖巷。盡管目前國內(nèi)的綜掘施工技術(shù)體系建設(shè)已經(jīng)逐漸趨于成熟，但是在針對這種特殊的巖巷掘進(jìn)施工過程中依然還存在綜掘機(jī)難以順利掘進(jìn)的情況。就傳統(tǒng)礦井開采掘進(jìn)而言，鉆爆施工技術(shù)應(yīng)用較多，不過整體循環(huán)進(jìn)度相對偏低、掘進(jìn)速度偏慢、快速掘進(jìn)施工基本無法實(shí)現(xiàn)。所以總結(jié)來講，針對目前所存在的大坡度下山巖巷綜掘施工無法快速推進(jìn)問題，還需要對原有綜掘機(jī)設(shè)備及其技術(shù)應(yīng)用內(nèi)容予以改造，建立后運(yùn)系統(tǒng)改進(jìn)機(jī)制，適當(dāng)調(diào)整施工工序，提出更多配套輔助技術(shù)內(nèi)容?；谏鲜龇治鲇行Ы鉀Q綜掘施工難以快速推進(jìn)問題。

2.大坡度下山巖巷綜掘快速施工技術(shù)的實(shí)踐改造要點(diǎn)

針對大坡度下山巖綜掘快速施工技術(shù)實(shí)踐改造應(yīng)用而言，還需要從設(shè)備改造升級談起，然后思考如何改造施工工序與施工技術(shù)，并分析所取得的施工成果，下文具體來談：

(1)綜掘快速施工設(shè)備的實(shí)踐改造升級要點(diǎn)

首先是綜掘機(jī)，它是綜掘快速施工設(shè)備中的核心，在解決大坡度下山巖巷綜掘快速施工短板技術(shù)問題過程中，必須結(jié)合實(shí)際綜掘施工特點(diǎn)分析提出不同施工技術(shù)內(nèi)容，優(yōu)化施工技術(shù)要求。就綜掘機(jī)設(shè)備改造內(nèi)容展開分析，滿足施工技術(shù)要求。就目前看來，針對某些傳統(tǒng)裝置的改造是有必要的，即要從零部件著手升級改造綜掘機(jī)設(shè)備性能，比如說對履帶進(jìn)行加寬改造，同時(shí)在履帶上再安裝凸角裝置，有效提升設(shè)備抓地力，減小接地比壓。在綜掘機(jī)設(shè)備改造以后，其下山掘進(jìn)速度會(huì)有所提升，退車操作更加順暢到位，這就很好解決了綜掘機(jī)設(shè)備容易下陷到不利地形中無法正常退車的問題。

其次是綜掘機(jī)履帶，對于履帶結(jié)構(gòu)的調(diào)整改造主要希望解決其所存在的接地比壓不均勻分布問題。具體來講，履帶的長度對綜掘機(jī)退車會(huì)產(chǎn)生一定影響，例如在靜態(tài)狀態(tài)下履帶的接地比壓始終保持不變，它的抓地力就必須提升，這一點(diǎn)在大坡度下山巖綜掘施工中頗為重要，是綜掘機(jī)是否能夠順利退車的關(guān)鍵所在。在改造升級過程中，需要對綜掘機(jī)履帶結(jié)構(gòu)接地比壓進(jìn)行調(diào)整（原有接地比壓僅為0.20MPa）。例如要將平底履帶直接更換為凸角履帶，凸角履帶在每一節(jié)履帶上都增加了厚度5mm、深度60mm的凸角，這增加了履帶與地面之間的摩擦力，對于履帶行走過程中的抓地能力提升是顯而易見的，這使得整臺綜掘機(jī)設(shè)備的抓地效果都得到大幅度改善，設(shè)備退車操作更加到位。

第三是綜掘機(jī)星輪撥齒，針對它的改造主要希望解決設(shè)備在松軟泥巖中遇水泥易泥化這一問題。由于輪撥齒弧度相對較小，所以在淤泥清理方面能力薄弱，容易出現(xiàn)綜掘工作面淤泥過多這一問題，一旦綜掘機(jī)陷入到淤泥中就會(huì)嚴(yán)重影響進(jìn)尺施工操作。為有效解決這一問題，需要在星輪撥齒上調(diào)整焊接擋塊，幫助其成功撥掉淤泥部分，降低人力清理成本，如此也能提高綜掘機(jī)掘進(jìn)速度。

第四是綜掘機(jī)運(yùn)溜槽，傳統(tǒng)綜掘機(jī)屬于平巷施工設(shè)備，其運(yùn)溜槽長度不足，這對下山巖巷綜掘施工非常不利，主要是落料點(diǎn)無法準(zhǔn)確把握，矸石容易落入到運(yùn)輸帶上到導(dǎo)致綜掘機(jī)設(shè)備卡死，同時(shí)也會(huì)大量增加人工清理工作量，設(shè)備無法正常連續(xù)化展開施工，其中安全隱患也會(huì)徒增不少?；诖?，應(yīng)該對運(yùn)溜槽進(jìn)行設(shè)計(jì)加工改造，將其槽長增加到700mm以上（原來為300mm），同時(shí)安裝運(yùn)溜槽前節(jié)與尾節(jié)，同時(shí)也要增加一運(yùn)與二運(yùn)輸送帶的搭接長度，改變矸石落點(diǎn)位置，如此就能解決上述問題，如圖1。

圖1 運(yùn)溜槽加長后效果圖

第五是綜掘輸送機(jī)緩沖機(jī)尾部分容易出現(xiàn)斜角搭接不利問題，這容易導(dǎo)致灑貨問題出現(xiàn)，同時(shí)增加了清理工作量。在經(jīng)過綜合考量后，需要重新確定漏斗位置，主要是向前移處理，保證鋼板連接方式焊接改為鉸鏈連接，結(jié)合兩邊直徑50mm的圓鋼建立支點(diǎn)，將漏洞轉(zhuǎn)化為可旋轉(zhuǎn)漏斗，確保漏斗下開口與帶式輸送機(jī)中心建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。在改進(jìn)以后，綜掘機(jī)輸送機(jī)搭接更為嚴(yán)密且不跑偏，不會(huì)再次出現(xiàn)灑貨問題，人工清理工作量明顯降低。

(2)綜掘快速施工技術(shù)的實(shí)踐改造升級要點(diǎn)

在針對下山巷道施工技術(shù)改造升級過程中，其底板淤泥較多問題亟待解決，而利用緩沖機(jī)尾則容易導(dǎo)致綜掘機(jī)整體下沉。就輸送帶延伸過程而言，需要結(jié)合常規(guī)方式建立前移運(yùn)作機(jī)制，保證綜掘機(jī)完成牽引移動(dòng)機(jī)尾。就清理淤泥困難這一問題而言，需要保證建立緩沖機(jī)尾與托架，結(jié)合縱梁連接處拉壞現(xiàn)象分析改造升級要點(diǎn)。保證綜掘機(jī)機(jī)尾與輸送機(jī)保持在同一條線上，必要時(shí)要進(jìn)行人工調(diào)整，保證機(jī)尾調(diào)整時(shí)間不會(huì)太長。就操作緊絞延伸機(jī)尾過程中，需要將4個(gè)限位裝置全部去掉，同時(shí)保證在自重作用下調(diào)整輸送機(jī)尾，同時(shí)調(diào)整輸送帶，節(jié)省調(diào)整輸送帶時(shí)間，主動(dòng)增加圓板進(jìn)尺。

在對施工工序進(jìn)行改進(jìn)過程中，需要保證綜掘機(jī)下山施工退機(jī)正常。就施工過程中而言，需要結(jié)合常規(guī)臺階法展開施工，在上部臺階施工完畢后，保證退機(jī)到下部位置。而在下部調(diào)整完畢后，則需要進(jìn)行退機(jī)支護(hù)操作，整體過程中要建立“循環(huán)退機(jī)”機(jī)制，并正常實(shí)施兩次“循環(huán)退機(jī)”。就退機(jī)過程而言，需要對底板位置可能存在的破壞隱患進(jìn)行分析，避免綜掘機(jī)后部嚴(yán)重下陷，出現(xiàn)觸底問題。另外，要解決運(yùn)輸角度過大這一問題，避免退機(jī)困難問題出現(xiàn)，避免反復(fù)出現(xiàn)退機(jī)問題，擠壓淤泥，保證清理工作執(zhí)行到位。

在調(diào)整施工工序過程中，需要適當(dāng)減少退機(jī)次數(shù)，結(jié)合施工工序做出相應(yīng)改進(jìn)，保證施工到位。即要建立切割機(jī)掘進(jìn)工作機(jī)制，確保上部永久支護(hù)與退機(jī)操作到位。就施工過程而言，需要適當(dāng)減少1次退機(jī)操作，保證有效縮短施工時(shí)間。換言之，要結(jié)合施工過程解決巷道底板破壞問題，加速施工進(jìn)度。

另外，就是要做好下山工作面積水預(yù)排新技術(shù)，保證下山巖巷掘進(jìn)施工過程中斷層裂隙問題、頂板淋水問題有效解決。即要建立工作面聚集分析機(jī)制，保證底板泥巖工作面聚集到位，要在短時(shí)間內(nèi)有效解決綜掘機(jī)底板過度摩擦，摩擦系數(shù)急劇增加問題以及綜掘機(jī)回退困難問題。就標(biāo)準(zhǔn)大氣壓環(huán)境下，應(yīng)該保證水泵揚(yáng)程控制在10.35m以上，配合常規(guī)電動(dòng)水泵展開施工，施工揚(yáng)程則要控制在6m以內(nèi)。另外就是調(diào)整氣動(dòng)水泵，將吸水口完全浸沒于積水坑之中，如此才能保證施工推進(jìn)到位。換言之，要結(jié)合常規(guī)抽水方法滿足下山巷道斷層裂隙施工到位，有必要預(yù)先排放積水，遵循“超前鉆孔、氣流排水”的相關(guān)技術(shù)原則，在每相隔130m位置設(shè)置一個(gè)鉆場，保證施工超前鉆孔施工到位。另外，要利用普通直徑為30mm的PVC管逐段連接展開施工，同時(shí)布置好排水孔，確保管路頂端直接與動(dòng)力壓氣管連接。如此操作就能將深孔中的積水直接擠壓出來，保證工作面圍巖始終保持干燥狀態(tài)，如此可為綜掘機(jī)施工創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境[1]。

3.大坡度下山巖巷綜掘快速施工技術(shù)的實(shí)踐改造成果

就大坡度下山巖巷綜掘快速施工過程而言，其實(shí)踐改造成果明顯，需要保證施工期間鉆探掩護(hù)式掘進(jìn)施工到位，同時(shí)增大用水量，避免工作面底板出現(xiàn)滲水問題。在遭遇淤泥導(dǎo)致退機(jī)問題時(shí)，則需要首先解決履帶打滑問題，避免綜掘機(jī)后部嚴(yán)重下陷，同時(shí)有效規(guī)避退機(jī)困難問題出現(xiàn)。就整個(gè)施工技術(shù)實(shí)踐改造成果看來，應(yīng)該結(jié)合以下幾點(diǎn)展開分析：

首先，切實(shí)做到了對于大坡度下山巖巷綜掘快速施工技術(shù)方案的有效改進(jìn)。在調(diào)整施工工序方面，在施工初期采用到了循環(huán)臺階法，保證上下臺階超前4排形成錨桿距離結(jié)構(gòu)，臨時(shí)支護(hù)操作技術(shù)應(yīng)用到位。另外就是準(zhǔn)備了施工上臺階，對錨桿間距支護(hù)內(nèi)容進(jìn)行了有效調(diào)整。即建立了循環(huán)退機(jī)機(jī)制，保證1次退機(jī)安全到位。

其次，要采用到自動(dòng)移動(dòng)機(jī)尾延伸機(jī)制，保證機(jī)尾創(chuàng)沖床下部安裝到位。一般來說，要采用25kg/m的軌道鋪設(shè)機(jī)尾道，同時(shí)做好循環(huán)拆釘工作。如果機(jī)尾延伸，則需要利用機(jī)尾自重調(diào)整絞車控制機(jī)制，滿足機(jī)尾自移要求。保證機(jī)尾延伸過程利用4個(gè)輪子配合1根錨鏈，且保證它們都能正常固定在機(jī)尾位置，形成循環(huán)T型結(jié)構(gòu)，正?？墼谲壍郎喜课恢?。就現(xiàn)場施工結(jié)果而言，它切實(shí)減少了至少1次退機(jī)，施工時(shí)間也有大幅度縮減，在減少施工過程對于巷道底板破壞情況時(shí)，施工進(jìn)度也有所改善。在減少人工調(diào)整機(jī)尾與清理過程中，也能實(shí)現(xiàn)對掘進(jìn)水平的大幅度提升，保證軌道施工水平優(yōu)化，同時(shí)記錄大坡度下山巖巷綜掘施工進(jìn)度與速度，將其速度控制在120m/月即可，滿足施工安全以及各種技術(shù)性要求[2]。

4.案例分析

(1)某工程項(xiàng)目的基本概況

某工程項(xiàng)目的綜采掘進(jìn)區(qū)設(shè)計(jì)長度為700m，配合偽傾斜布置機(jī)制，其設(shè)計(jì)坡度控制在-20°。整體看來大坡度下山巷道層位穩(wěn)定，巷道斷面凈寬4000mm以上，凈高也達(dá)到3000mm。在采用混凝土工進(jìn)行噴漿安裝處理過程中，主要運(yùn)用到了多臺絞車參與施工，這導(dǎo)致需要花費(fèi)大量的人力物力，施工工人勞動(dòng)強(qiáng)度也大幅度增加，不利于工程項(xiàng)目施工順利推進(jìn)。

(2)某工程項(xiàng)目的施工問題

考慮到某工程項(xiàng)目綜采掘進(jìn)區(qū)下山坡度偏大，所以其迎頭面容易出現(xiàn)積水問題，因此在施工清理工作中容易遇到各種困難，例如巷道無法一次成巷，需要建立兩次循環(huán)施工機(jī)制才能做好拉底施工工作，這大幅度提升了施工成本，且綜采掘進(jìn)前移間隔也被增加到3～4d左右。

另外，斜巷運(yùn)輸時(shí)間一般偏長，其循環(huán)施工時(shí)間大約在12～15h左右，整體看來施工運(yùn)輸效率相當(dāng)?shù)拖?，從某種程度上嚴(yán)重制約了施工循環(huán)進(jìn)度。

再者，某工程項(xiàng)目在使用噴漿機(jī)過程中必須滿足遠(yuǎn)距離噴漿施工要求，所以噴漿機(jī)的安裝位置也必須伴隨巷道延伸并向下轉(zhuǎn)移，這導(dǎo)致噴漿機(jī)施工工序復(fù)雜化。與此同時(shí)，綜采掘進(jìn)施工中也花費(fèi)了大量施工人員力量，施工安全風(fēng)險(xiǎn)大幅度提升[3]。

最后，某工程項(xiàng)目綜采區(qū)在回風(fēng)下山過程中需要裝備機(jī)械設(shè)備展開施工。整體看來其施工效率是相當(dāng)?shù)偷?，特別是單進(jìn)施工水平相對偏低，施工進(jìn)度一般維持在35～50m/天左右。

(3)某工程項(xiàng)目的綜掘快速施工技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用

某工程項(xiàng)目在綜掘快速施工中應(yīng)用到了大量創(chuàng)新技術(shù)，其施工實(shí)踐應(yīng)用相當(dāng)?shù)轿唬挛慕Y(jié)合幾點(diǎn)具體來談：

①采用挖掘式裝載機(jī)

某工程項(xiàng)目綜合考察并確定采用挖掘式裝載機(jī)，它主要應(yīng)用于工作面施工中，考慮到綜采掘進(jìn)區(qū)域設(shè)計(jì)坡度控制在-20°，所以在使用傳統(tǒng)綜采掘進(jìn)設(shè)備容易出現(xiàn)退車?yán)щy問題。而采用挖掘式裝載機(jī)則主要配合絞車輔助倒退，確保迎頭挖掘式裝載機(jī)綜采掘進(jìn)距離始終控制在50m以上。在伴隨挖掘式裝載機(jī)逐漸適應(yīng)某工程項(xiàng)目施工節(jié)奏后，其綜采掘進(jìn)速度會(huì)持續(xù)提升至120m以上。從挖掘式裝載機(jī)設(shè)備本身而言，它還采用了二運(yùn)橋式直接轉(zhuǎn)載皮帶，配備900mm寬度的輸送帶面，如此就能最大限度規(guī)避矸石滑落漏下問題，提高運(yùn)輸施工效率[4]。

②采用遠(yuǎn)距離噴漿機(jī)

在某工程項(xiàng)目施工中還采用了遠(yuǎn)距離噴漿機(jī)，配合混凝土施工向下山巖巷不斷延伸，避免大量施工人員被施工占用，且也能縮短施工時(shí)間。在這一過程中，需要配備液壓轉(zhuǎn)子混凝土噴射設(shè)備，保證巷道幫部鋪設(shè)直徑大約為80mm的噴漿管路。在巷道施工過程中，需要從平臺上直接下料，保證做到遠(yuǎn)距離噴漿施工工藝操作到位，優(yōu)化相關(guān)操作技術(shù)流程，大量節(jié)省、降低施工人員勞動(dòng)強(qiáng)度?？紤]到噴漿施工效率相對較高，所以在某工程項(xiàng)目中也建立迎頭支護(hù)與后巷噴漿施工技術(shù)機(jī)制，形成遠(yuǎn)距離噴漿機(jī)平行作業(yè)施工結(jié)構(gòu)，提高施工效率。

再者就是某工程項(xiàng)目中裝載了運(yùn)輸系統(tǒng)并予以升級，配合循環(huán)施工過程有效縮短施工時(shí)間，完整正規(guī)循環(huán)施工操作，有效降低斜巷運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)，提高施工運(yùn)行安全效率。在整個(gè)施工過程中，還需要建立兩回合正循環(huán)施工作業(yè)機(jī)制，提高施工品質(zhì)[5]。

5.總結(jié)

在復(fù)雜地質(zhì)條件下展開礦山礦井施工，需要合理規(guī)劃改造升級綜采掘進(jìn)施工技術(shù)，加速掘進(jìn)速度。誠如本文中對于大坡度下山巖巷施工中就采用到了快速掘進(jìn)技術(shù)，它對施工設(shè)備、施工技術(shù)以及施工工序都提出了極高要求。在改造升級施工設(shè)備過程中解決了掘進(jìn)速度問題，而在調(diào)整施工工序后減少了退車循環(huán)，同時(shí)建立了超前鉆孔施工技術(shù)體系，保證積水預(yù)先排出，工作面干燥度徹底改善。再者就是在復(fù)雜礦井條件下建立了快速綜采掘進(jìn)技術(shù)體系，解決施工細(xì)節(jié)問題，提高礦井開采整體施工品質(zhì)。在未來，針對這一大坡度下山巖巷的施工技術(shù)內(nèi)容還應(yīng)當(dāng)做到進(jìn)一步豐富，結(jié)合實(shí)際礦井施工驗(yàn)證技術(shù)體系構(gòu)建過程，為國內(nèi)同類工程項(xiàng)目建設(shè)提供更多有價(jià)值參考意見與建議。