巖巷掘進影響因素分析及掘進工藝優(yōu)化

馮開輝

（汾西礦業(yè)集團高陽煤礦，山西 孝義 032300）

1 工程概況

山西某礦20502采面開采5號煤層，煤層傾角7°，平均煤厚4.13 m，賦存較為穩(wěn)定。5號煤層頂?shù)装鍨榉凵皫r、細粒砂巖。由于5號煤層埋深平均550 m，煤層原始瓦斯含量較高且具有一定突出危險性，為此礦井通過布置底抽巷進行瓦斯預抽。底抽巷位于5號煤層下方15 m砂巖層中，直墻半圓拱斷面，寬4.6 m、高3.7 m，采用錨網噴支護。巷道采用炮掘方式，掘進進尺介于85~130 m間，平均為113 m，巷道掘進效率整體較低，平均速度未達到其他同類巖巷平均速度?，F(xiàn)場調研發(fā)現(xiàn)，制約20502底抽巷掘進的主要因素包括有掘進設備、爆破孔施工參數(shù)、矸石運輸路線等。為此，對制約巷道快速掘進因素進行分析，并針對性對掘進工藝進行優(yōu)化，以期能提高巷道綜合掘進效率。

2 巷道快速掘進影響因素分析

2.1 掘進設備機械化程度不高

巷道掘進設備機械化程度直接影響巷道掘進效率，20502底抽巷使用CMJ-17液壓臺車施工炮眼、耙斗機（P-30B）裝矸、錨桿機（MQB-85J）支護圍巖。巷道掘進過程中施工的掘進設備施工功率小、炮眼施工耗時長、耙斗機裝矸效率不高，從而導致炮眼施工以及矸石外運耗時時間長，巷道掘進進尺平均僅為70 m。巷道掘進過程中使用的設備機械化程度不高、施工效率低以及功率小等成為導致巷道掘進進尺不高的主要因素[1-3]。

2.2 爆破破巖效果差

巷道掘進迎頭炮眼爆破效果也會影響掘進效率，爆破效率與輔助眼、掏槽眼、周邊眼等布置參數(shù)密切相關[4-8]。巷道原爆破方案見圖1所示，其中掏槽眼均為直眼形式，水平間距、豎向間距分別為1 200 mm、350 mm，共計布置6個，孔徑32 mm，孔深1 500 mm，孔內裝入有0.84 kg炸藥。周邊眼數(shù)量共計30個，鉆孔孔徑32 mm、孔深均為2 000 mm，間距350 mm，單個鉆孔內布置0.24 kg炸藥。采用上述爆破掘進方案后，掘進迎頭炮眼利用率僅為70%，爆破后殘眼較多，進尺僅為1.3 m，采用的爆破孔布置方案整體效率較低。

圖1 炮眼原布置圖（mm）

2.3 裝矸及運矸

巷道掘進后會產生大量的廢棄矸石，矸石裝車以及外運速度也直接影響巷道掘進效率。20502底抽巷通過耙斗機（P-30B）、側裝機（ZCY-60）、礦車（1.5 t）將矸石外運，單次爆破后需要外運至少2/3矸石方不會對下次爆破產生影響。由于掘進迎頭矸石產生量大，矸石運輸系統(tǒng)運量不足，每月均會出現(xiàn)由于矸石堆積導致掘進停滯情況發(fā)生，影響時間一般在7 d。

3 巷道掘進工藝優(yōu)化

3.1 掘進設備優(yōu)化

20502底抽巷使用CMJ-17液壓臺車、P-30B耙矸機以及礦車等進行炮眼鉆進、裝車以及矸石外運等，采用的機械設備存在效率低、制約巷道掘進效率等問題。為此，根據(jù)掘進巷道實際情況以及礦井其他巖巷機械設備使用情況，提出采用CMJ2-17液壓臺車、ZCD-60R側裝機、P-60B耙矸機進行炮眼施工、矸石外運工作，優(yōu)化有的機械設備功率更大、施工效率更高。采用的機械設備具體見下頁表1所示。

表1 掘進迎頭機械設備參數(shù)

3.2 炮眼施工參數(shù)優(yōu)化

為提高掘進迎頭施工的炮眼爆破效果，提高炮眼綜合利用率，對巷道炮眼施工參數(shù)進行優(yōu)化，具體優(yōu)化后炮眼布置方案見圖2所示。迎頭布置61個炮眼，其中包含8個掏槽眼、9個底眼、17個輔助眼、其余均為周邊眼。其中掏槽眼、周邊眼孔深均為2 500 mm、孔徑均為42 mm；底眼孔、輔助眼孔深均為2 300 mm、孔徑均為40 mm。

圖2 優(yōu)化后炮眼布置圖（mm）

對炮眼施工參數(shù)優(yōu)化后，施工2 300 mm炮眼殘眼深度最大為300 mm，炮眼利用率達到90%以上，同時爆破炸藥消耗量由2.9 kg/m3降低至1.84 kg/m3，單班循環(huán)進尺量由1.2 m提升至1.8 m，掘進進尺增幅為50%。

3.3 排矸系統(tǒng)優(yōu)化

20502底抽巷原采用P-30B耙矸機、1.5 t礦車外運矸石，整個運輸系統(tǒng)設備較為陳舊、排矸效率不高且各個施工工序間相互有較大影響。采用的耙矸機移動時間長、裝矸效率不高。雖然后續(xù)擬采用P-60B耙矸機進行耙矸，但是也存在裝矸、矸石外運等工作無法平行開展等問題。為此，對巷道排矸系統(tǒng)進行優(yōu)化，具體為：在掘進迎頭后方布置一個臨時矸石倉，并采用帶式輸送機將迎頭矸石外至臨時矸石倉，后使用P-60B耙矸機、礦車等外運臨時矸石倉內矸石，從而避免矸石在掘進仰頭堆積，同時提高矸石外運效率。具體優(yōu)化后的排矸系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

1）降低了掘進迎頭矸石外運等待礦車時間；耙斗機無需頻繁前移，提高了耙斗機工作時間并降低勞動強度；實現(xiàn)了掘進巷道內破巖、裝巖、運矸等平行化，提高排矸效率。

2）對排矸系統(tǒng)優(yōu)化后，巷道掘進期間每天產生松散矸石約230 m3，每天需要安排76臺礦車進行排矸，通過布置臨時矸石倉解決了矸石外運效率低下問題，提高了排矸速度。

4 巖巷掘進工藝優(yōu)化效果分析

對20502底抽巷掘進工藝進行優(yōu)化后，巷道掘進組織安排仍采用三班制，每班完成一個掘進循環(huán)，單個循環(huán)巷道掘進進尺平均為1.8 m，日掘進進尺平均5.4 m，月掘進量達到162 m，同時巷道掘進正規(guī)循環(huán)率可達到90%以上。

對掘進工藝優(yōu)化后巷道各個工序施工耗時進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)炮眼鉆進以及排矸耗時較優(yōu)化前分別縮短約1.2 h、1.5 h。對巷道在8—10月份巷道掘進進尺進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)月平均進尺為168 m，巷道月掘進進尺較優(yōu)化前增加55 m。優(yōu)化后的巷道掘進工藝不僅提高巷道掘進進尺而且在一定程度上降低了掘進工作面勞動強度，取得較好應用成果。

5 結論

20502底抽巷為巖巷，采用炮掘方式掘進，巷道存在掘進效率低、勞動強度大，同時無法滿足采面瓦斯治理需要等問題。為此，對制約巷道快速掘進因素進行分析，發(fā)現(xiàn)巷道掘進迎頭炮眼施工效率低、破巖效果差以及排矸不及時等是制約巷道快速掘進的主要因素。為此，提出采用CMJ2-17液壓臺車施工炮眼，提高炮眼施工效率，并對炮眼布置進行針對性優(yōu)化；采用大功率的ZCD-60R側裝機及P-60B耙矸機進行裝藥，在掘進迎頭后方布置臨時矸石倉存儲迎頭矸石，提高矸石外運效率。現(xiàn)場應用后，巷道掘進進尺平均每月可達到168 m，較優(yōu)化前增加55 m，取得較好的掘進工藝優(yōu)化效果。