機械化掘進在煤礦大斷面巖石巷道中的應用

張亞文

機械化掘進在煤礦大斷面巖石巷道中的應用

張亞文①

(七臺河精煤集團公司新建煤礦)

軟巖巷道掘進一直是制約礦井開采主要的技術問題,煤礦深部大斷面巖石巷道機械化高效掘進技術的研究,解決了深部巷道爆破和支護一些關鍵技術難題,實現了深部巷道安全優質高效掘進,提高了巷道施工單進、工效水平,巷道掘進速度比原來提高了30%以上,解決礦井持續性生產的現實問題。

深部;軟巖巷道;掘進技術;研究;應用;效果;效益

為解決七臺河精煤集團公司新建煤礦巖巷大斷面掘進效率低,炮眼利用率低,軟巖巷道隨著開采深度的增加,礦山壓力不斷增大,圍巖條件發生了很大的變化,掘進難度增大以及技術要求越來越高等問題,新建煤礦對巷道掘進的一些技術問題作了系統研究。通過現場分析,研究中深孔掏槽控制爆破機理,尋求合理的中深孔爆破技術和優化支護設計,改進生產工藝,實現了大斷面巖石巷道的優質快速掘進。

1 巖石巷道機械化高效掘進技術研究

1)深部大斷面巖巷中深孔控制爆破理論及應用技術。針對中深孔控制爆破技術掏槽參數的選擇,通過三維模型模擬實驗,研究多孔的中深孔掏槽、單孔爆破漏斗特性及遠距離小空孔在掏槽爆破的作用等問題,比較多孔爆破漏斗特性以及多孔爆破與單孔爆破漏斗特性,分析保證掏槽效果、提高炮眼利用率、降低單耗的基本條件。

2)巖巷的支護設計技術與優化。傳統的錨噴支護隨著煤礦開采的進一步加深,在深部軟巖巷道支護中,這種以抗壓為主的方法往往不能有效地控制巷道的變形,也不能滿足安全生產的需要。該技術研究結合巷道快速掘進系統工程的需要,探討并提出了先讓后抗的二次支護方案與支護優化設計措施,允許巷道圍巖產生一定的變形,促使圍巖進一步趨于平衡,以保證巷道使用期間的穩定性和確保工作安全。

3)巖巷掘進液壓鑿巖臺車及配套裝備。目前,煤礦巖石巷道施工絕大多數采用風動鑿巖機和耙矸機為主要設備的錨噴施工工藝,技術水平較低,掘進效率不高,難以進一步提高進尺水平,改變煤礦掘進中絕大多數采用風動鑿巖機和耙矸機為主要設備的施工工藝,解決包括液壓鑿巖臺車、噴漿機、裝巖機等設備應用在煤礦巖石巷道掘進的關鍵技術問題,實現以液壓鑿巖臺車、側卸式裝巖機替代傳統的氣動鑿巖設備。

4)深部巷道快速掘進技術與工藝。掘進工序按其性質可分為主要工序和輔助工序,如何合理安排各工序施工組織是影響巷道掘進速度的主要因素。分析已有掘進配套裝備、爆破、支護、施工技術和施工工藝中存在的問題,找到制約性、根本性的因素,并利用已有的理論知識和研究成果進行可行性分析,進一步改進施工工藝。多數輔助工序占用時間較短,并具有相對的獨立性,安排施工時,應盡可能使輔助工序和主要工序平行交叉作業,以提高掘進效率和技術經濟指標。

2 取得的研究成果

1)從研究破碎軟巖巷道爆破中涉及到的幾種爆破技術基本理論著手,應用爆炸荷載動焦散測試系統進行了透射動焦散實驗,應用動光彈研究含結構面巖體的爆炸破裂的發展規律,利用含預制層理的混凝土試件模擬井下現場巖體進行了超動態應變測試,研究了含節理面模型爆生裂紋擴展穿層的一般規律,采用三維模型試驗研究了軟巖分階分段掏中深孔爆破機制。爆生裂紋穿過節理時,并不直接沿原方向穿過,而是偏移一段距離后再穿過節理面繼續發展。遠距離小直徑空孔對于提高掏槽效果,降低炸藥單耗具有一定作用,其作用大小與爆破介質和炸藥單耗有關;多孔同時起爆形成的爆破漏斗與孔距和裝藥量有關;適當增大炮孔間距能降低炸藥單耗,但炮孔利用率也隨之降低。

2)借鑒新奧法(New Austrian Tunnelling Method),通過FLAC數值模擬和試驗研究提出了適用于煤礦軟巖巷道二次支護技術措施和設計方案,允許巷道圍巖產生一定的變形,促使圍巖進一步趨于平衡,有效解決了服務年限長的軟巖巷道可靠支護問題,保證支護質量,確保巷道在服務年限內盡量少維修,以保證巷道使用期間的穩定性和確保工作安全,不影響安全生產,在一定程度上提高了掘進速度。

3)解決了煤礦巖石巷道掘進的液壓鑿巖臺車機與側卸式裝巖機存在的使用技術問題,實現了配套的機械化施工組織與施工工藝技術。

4)針對新建煤礦現場條件,研究以鉆爆法為主的機械化作業的配套大斷面軟巖巷道掘進技術,分析現有爆破、支護存在的問題,應用其基本理論,解決了制約巷道高效掘進最為關鍵的裝備、爆破、支護和工藝等技術難題,提高爆破質量,精確地控制巷道成型,減少超欠挖量;提高了巷道的支護質量,降低了材料消耗和維修工作量,減少了巷道的維護費用。應用液壓鑿巖臺車機、側卸式裝巖機配套的機械化施工組織與合理施工工藝技術,采用新的科學勞動組織形式,取得了良好的技術經濟效果,主要表現如下：

a)采用中深孔控制爆破技術、合理的支護方式和設計方案大大地提高巷道的工程質量,巷道返修率低。b)巷道掘進速度普遍比原有提高30%以上,月進速度達到120 m以上,高于同類水平,確保礦井在生產接續中保持高產穩產局面有十分重要的意義。c)大大降低了材料消耗,每米巷道節約成本980.87元。

3 效果分析

1)技術效果分析。

a)提高了深部巷道的工程質量。進一步加強了光面爆破技術的質量管理,采用巖巷中深孔控制爆破技術,提高了巷道的爆破效果,確保巷道的成型質量,有效地控制了巷道的超欠挖。對圍巖破壞性小,最大限度地保持巷道圍巖的自身強度,增強了圍巖自承能力。經過對實施新的支護工藝前后的對比,傳統的錨噴一次支護存在噴層柔性差,易導致噴體開裂、脫落,不能適應巷道圍巖大變形量,而采用錨噴二次支護效果明顯優于錨噴一次支護形式,提高了巷道的支護質量,減少了巷道維修工作量和維護費用,使支護圍巖形成的承載結構更加穩固,利于巷道安全施工和支護。

b)提高了掘進速度。采用中深孔控制爆破,優化爆破參數,炮眼利用率達95%以上,同時,新的勞動組織形式和支護工藝的實施,使得循環進度大大提高。在沒有投入更多設備情況下,掘進速度前明顯提高。經現場統計,每班循環進度可提高至1.7 m以上,日進尺能達到5 m左右,最高月進尺達 90 m以上。

2)經濟效益分析。

a)直接經濟效益。采用紅矸石替代傳統砂石為噴射混凝土的骨料,實施以鑿巖臺車、裝巖機設備配套的快速施工技術,提高了工程質量和施工速度,降低了材料消耗和維修工作量,提高了巷道施工的單進、工效水平。巷道快速施工新技術的應用,對緩解新建煤礦接續緊張的局面,確保礦井在生產接續中保持高產、穩產具有十分重要的意義。

b)間接經濟效益。通過實施快速掘進,使員工工資收入大幅度提高。施工掘進斷面22.55 m2的巷道,以前正常掘進進尺為2.0 m/日,月進60 m,實施快速掘進后,日進尺現已達到3 m以上,月進尺達到90 m以上;快速掘進隊減少用人,提高工效。通過實施以鑿巖臺車、裝巖機設備配套施工工藝的快速施工技術,能夠實現機械操作,避免工人近距離施工,提高了安全可靠性。

4 結 語

軟巖巷道掘進一直是制約礦井開采的主要技術問題,長期以來我國巷道掘進一般60 m/月,使礦井生產效率難以提高。而且由于對軟巖巷道支護理論和經驗的缺乏,導致巷道的返修率高,甚至難以支護,不僅安全事故頻繁發生,嚴重影響礦工的生命安全,也影響到我國煤炭資源的安全開采。煤礦深部大斷面巖石巷道機械化高效掘進技術的研究,解決了深部巷道一系列的技術問題,主要是爆破和支護的一些關鍵技術難題,實現了深部巷道安全優質高效掘進,提高了生產效率,緩解了礦井接續緊張的局面,實現礦井早出煤,確保礦井在生產接續中保持高產穩產局面具有十分重要的意義,為新建煤礦所帶來巨大的經濟效益。

Appication on Mechanization Tunneling Technology of Big Cross Section Rock Tunnel in Coal Mine

Zhang Ya-wen

The soft rock driving has been restrict the mine mining,mechanization highly effective tunneling technology research of big cross section in the coal mine depth portion,solves some technologies difficult problem of demolish and support in the depth portion tunnel,has realized safe,high quality and highly effective tunneling the in the depth portion tunnel,improves single driving,work efficiency level,enhances the driving speed above originally 30%,solves mine endurance production.

Depth portion;Soft rock tunnel;Tunneling technology;Research;Appication effect;Benefit

TD263。22

B

1672-0652(2010)02-0020-03

張亞文 男 1974年出生 2005年畢業于長春工業大學 工程師 七臺河 154600

2010-01-11