堅硬巖層巷道快速掘進(jìn)技術(shù)研究

張 磊

（汾西礦業(yè)集團(tuán)高陽煤礦，山西 孝義 032300）

引言

現(xiàn)階段我國礦井堅硬巖層巷道一般采用鉆爆法掘進(jìn)，主要設(shè)備包括有氣腿鉆機(jī)、耙矸機(jī)、全液壓鉆機(jī)等為主[1]。部分礦井為了提高巖巷掘進(jìn)效率采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)，現(xiàn)場應(yīng)用過程中存在破巖效率不高、粉塵產(chǎn)生量大，巷道掘進(jìn)進(jìn)尺維持在80 m 左右。近些年來，隨著掘進(jìn)技術(shù)不斷發(fā)展以及錨掘一體機(jī)、綜掘機(jī)等設(shè)備應(yīng)用推廣，巷道掘進(jìn)進(jìn)尺有所提升，特別是煤巷掘進(jìn)進(jìn)尺可達(dá)到500/月，但是巖巷掘仍面臨掘進(jìn)速度慢問題?，F(xiàn)場分析發(fā)現(xiàn)制約巖巷高效掘進(jìn)的主要方面為鑿巖設(shè)備以及施工工藝，以山西某礦北翼運輸大巷掘進(jìn)為工程背景，對巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)展開研究，以期為其他礦井類似情況下堅硬巖巷快速掘進(jìn)提供經(jīng)驗借鑒。

1 工程概況

山西某礦現(xiàn)階段開拓集中在北翼，機(jī)會在2022 年內(nèi)開拓完成北翼運輸、回風(fēng)大巷，從而為北翼3#煤層回采創(chuàng)造條件。根據(jù)已有探測資料顯示，北翼運輸大巷施工范圍內(nèi)地質(zhì)條件簡單，掘進(jìn)過程中預(yù)計會揭露SF9（H=0 m～7 m，123°∠51°）、FD31（H=0 m～3 m，107°∠62°）、FD42（H=0～3m，112°∠67°）等斷層，巷道掘進(jìn)至斷層帶時圍巖破碎，會給巷道正常掘進(jìn)帶來一定制約。

北翼運輸以及回風(fēng)大巷設(shè)計斷面均為直墻半圓拱型，巷道凈斷面為23.6 m3，沿著堅硬的砂巖層掘進(jìn)，設(shè)計掘進(jìn)長度接近10 000 m，2021 年度巷道掘進(jìn)進(jìn)尺應(yīng)在3 950 m 以上。若北翼運輸大巷采用傳統(tǒng)的人工鉆進(jìn)炮眼、炮掘方式掘進(jìn)，則單月進(jìn)尺量平均為80 m，無法實現(xiàn)巷道掘進(jìn)任務(wù)。

2 巷道快速掘進(jìn)技術(shù)

2.1 巷道掘進(jìn)設(shè)備改進(jìn)

礦井巷道掘進(jìn)過程中設(shè)備工作效率不高、功率小以及自動化程度低等制約巷道掘進(jìn)效率的一個重要方面。提高掘進(jìn)設(shè)備自動化程度以及作業(yè)效率是提高巖巷掘進(jìn)速度的一個重要途徑。為此，礦井提出下述掘進(jìn)設(shè)備改進(jìn)措施：

采用CMJ2-35 鑿巖臺車配合Φ43 mm 鉆頭、B38 mm釬桿施工炮眼等替代以往的YT-27 鑿巖機(jī)施工炮眼，具體鑿巖臺車結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。采用的CMJ2-35 鑿巖臺具有鑿巖硬度高、施工速度快等優(yōu)點，可大幅降低炮眼施工以及正規(guī)循環(huán)耗時；鑿巖臺車懸臂穩(wěn)定性以及靈活性較好，可根據(jù)設(shè)計需要快速實現(xiàn)炮眼深度、角度以及間距等定位，不需要人工校準(zhǔn)；鑿巖臺車施工過程中不產(chǎn)生廢氣，不會污染掘進(jìn)迎頭空氣質(zhì)量[2-3]。

圖1 CMJ2-35 鑿巖臺車結(jié)構(gòu)圖

采用LWLX-120 裝載機(jī)代替9-90B 耙矸機(jī)裝矸。LWLX-120 裝載機(jī)將矸石移動到機(jī)載刮板輸送機(jī)上，刮板輸送機(jī)從機(jī)尾將矸石轉(zhuǎn)運至轉(zhuǎn)載機(jī)、膠帶輸送機(jī)。采用的LWLX-120 裝載機(jī)具有扒取范圍廣、推進(jìn)力大、全斷面裝巖等優(yōu)點，運行通過先導(dǎo)閥控制，便于操作、可靠性強(qiáng)；裝矸速度快、騰挪耗時小，可顯著減少正規(guī)循環(huán)耗時。

改進(jìn)MYT-120/320C 錨桿鉆機(jī)?，F(xiàn)階段礦井已使用MYT-120/320C 錨桿提高圍巖支護(hù)效率，但是MYT-120/320C 錨桿鉆機(jī)配套使用有液壓泵、饋電開關(guān)等設(shè)備，同時上述設(shè)備笨重，頻繁前移需要耗費大量人力。為此，提出將MYT-120/320C 錨桿鉆機(jī)及附屬液壓泵、饋電開關(guān)等裝載到LWLX-120 裝載機(jī)上，并采用護(hù)板保護(hù)上述設(shè)備；炮眼放炮后掘進(jìn)迎頭支護(hù)、出矸等可平行開展[4]。通過改進(jìn)不僅可提高掘進(jìn)設(shè)備使用效率、降低作業(yè)人員勞動強(qiáng)度，避免頻繁移動大型設(shè)備、提高安全系數(shù)。

2.2 掘進(jìn)工藝改進(jìn)

2.2.1 施工安排優(yōu)化

對巖巷掘進(jìn)工藝進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)可能實現(xiàn)各個工序平行作業(yè)。具體改進(jìn)后的正規(guī)循環(huán)工藝為：炮眼施工→連線裝藥→炮眼爆破→出矸及頂板支護(hù)→圍巖初噴→巷幫支護(hù)→圍巖復(fù)噴。上述7 個循環(huán)為一個正規(guī)作業(yè)小循環(huán)[5]。將巷道掘進(jìn)作業(yè)方式由“一掘一錨、二掘一噴”方式改為“一掘一噴（包括初噴及復(fù)噴）”，同時噴漿作業(yè)可與掘進(jìn)作業(yè)平行開展，將“三八”工作制優(yōu)化為“四八”工作制，提高巷道掘進(jìn)效率[6]。

2.2.2 爆破優(yōu)化

通過對爆破進(jìn)行優(yōu)化，可提高巷道單循環(huán)掘進(jìn)進(jìn)尺，同時降低循環(huán)次數(shù)以及后續(xù)輔助作業(yè)工作量。依據(jù)掘進(jìn)巷道巖層巖性、以往爆破效果等，提出通過中深孔爆破代替以往的淺孔爆破，提高破巖效率?，F(xiàn)場應(yīng)用后，掘進(jìn)迎頭炮眼利用率由85%提升至95%，同時單個循環(huán)掘進(jìn)進(jìn)尺也平均增加0.5 m 以上，每月60 個掘進(jìn)循環(huán)，則巷道每月掘進(jìn)可增加30 m 以上。

具體礦井不同施工方法下巷道掘進(jìn)效率對比情況，如表1 所示。

表1 不同施工方法下巷道掘進(jìn)效率對比情況

3 應(yīng)用效果分析

礦井通過使用CMJ2-35 鑿巖臺車、LWLX-120裝載機(jī)以及液壓錨桿鉆機(jī)，提高了炮掘巷道施工效率。鑿巖臺車炮眼施工效率較傳統(tǒng)的人工風(fēng)鉆施工效率高2 倍以上，掘進(jìn)迎頭共計布置65 個炮眼，采用人工風(fēng)鉆施工時炮眼耗時約為5.0 h～6.0 h，而采用鑿巖臺車時炮眼施工耗時控制在1.5 h 左右，施工耗時減少3.5 h～4.5 h。鑿巖臺車施工炮眼時環(huán)境相對更好、也更為安全。采用的LWLX-120 裝載機(jī)相對于耙矸機(jī)具有出矸效率高、勞動強(qiáng)度小以及施工便捷等優(yōu)點，可減少余矸清理以及設(shè)備移動耗時?，F(xiàn)場應(yīng)用過程中LWLX-120 裝載機(jī)出刊耗時控制在50 min 左右[7]。

通過炮眼施工參數(shù)、施工組織優(yōu)化以及大功率機(jī)械化設(shè)備的應(yīng)用，礦井東翼運輸大巷掘進(jìn)效率得以有效提升，巷道單循環(huán)進(jìn)尺量2.1 m、月正規(guī)循環(huán)次數(shù)為78 次，巷道掘進(jìn)進(jìn)尺平均可達(dá)到163 m，為礦井北翼采區(qū)快速開拓創(chuàng)造了良好條件。

4 結(jié)語

對堅硬巖巷炮掘施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，具體將是將先進(jìn)的、大功率機(jī)械設(shè)備應(yīng)用到炮掘施工、矸石裝載、錨桿支護(hù)等工作中，通過降低爆破、裝矸以及支護(hù)耗時為巷道掘進(jìn)贏取時間；同時通過合理組織施工安排，將“三八”工作制優(yōu)化為“四八”工作制，提高掘進(jìn)工作組織效率，優(yōu)化炮眼布置提高破巖效率。現(xiàn)場應(yīng)用后，礦井北翼盤區(qū)開拓巷道掘進(jìn)速度由以往的80 m/月提升至160 m/月以上，實現(xiàn)了堅硬巖層巷道的快速掘進(jìn)，為北翼3#煤層資源早日開采爭取了時間。