中深孔爆破集成機械化施工的快速掘進方法

楊國梁，馮棟凱，陳 高,袁福賢，甄世榮

(中國礦業大學(北京)力學與建筑工程學院，北京 100083)

中深孔爆破集成機械化施工的快速掘進方法

楊國梁，馮棟凱，陳 高,袁福賢，甄世榮

(中國礦業大學(北京)力學與建筑工程學院，北京 100083)

為全面提高全巖巷道的掘進速度，對掘進過程中采用的配套機械裝備、中深孔爆破方法以及支護技術等進行了系統研究。引進多功能側卸式鏟裝車配合液壓鉆車和梭式礦車等設備，提出適合中深孔爆破的合理掏槽形式和掏槽眼參數，改革支護工藝，形成一套高效系統的全巖作業方式。采用該種方式，全巖巷道平均月進尺達到120m以上。

快速掘進；液壓鉆車；中深孔爆破；二次支護

在全巖巷道掘進中，掘進速度緩慢重地制約了采掘平衡與接替，較大地影響了煤礦生產的持續發展[1-3]。隨著礦井開采深度的增加，巷道壓力逐漸增大，深部巖石受到高地應力的作用，影響著全巖巷道中深孔爆破快速掘進的實施。目前煤礦巖石巷道施工絕大多數采用風動鑿巖機和扒裝機為主要設備的錨噴施工工藝，技術水平較低，月進尺一般在70m左右，巖巷掘進速度相對較慢[4-9]。因此，亟需尋求一種巖巷快速掘進的施工工藝。基于此對全巖巷道快速掘進綜合技術進行研究。

1 大斷面巷道中深孔爆破技術研究

針對全巖巷道的掘進條件，為多創造自由面，對掏槽眼的布置方式、起爆順序進行研究，采用復式楔形掏槽爆破方式。

復式楔形掏槽爆破機理見圖1，掏槽眼共計12個。其中：炮孔1～10為楔形孔；炮孔11和炮孔12為直孔，垂直于掌子面。炮孔編號中第一個數字代表掏槽眼編號，第二個數字代表起爆順序。當一段雷管起爆后，由于炮孔間距較小，自由面單一，巖石夾制作用較大，故一段6個炮孔掏槽后，所成槽腔體積有限，底部呈現駝峰形。當第二段雷管起爆時，借助第一組掏槽孔形成的槽腔，4個楔形掏槽孔破巖時夾制作用明顯降低，巖石可以得到充分破碎。同時由于中心孔的存在，更加有利于槽腔中心巖體的破碎，避免了槽腔底部“鼓肚”的形成，中心孔還可以改善巖石的拋擲效果，有利于形成更大的槽腔。

井下進行現場實踐，施工巷道全長2400m，巷道斷面22.5m2。頂板在粉砂巖及砂巖內，上覆煤層未開采。現場爆破結果統計及與原爆破方式對比數據見表1。

圖1 復式楔形掏槽爆破原理

2 大斷面巷道掘進配套機械裝備研究

為實現大斷面巖巷的高效優質掘進，對全巖作業線的優化配置進行了系統研究，引入了大型高效的機械化設備，為破巖、裝巖和出矸提供了有力保障，高效機械化設備的應用是實現巷道快速掘進的基礎。

1)履帶式全液壓鉆車。巷道采用鉆爆法施工時，巷道掘進的第一個工序就是鉆眼。本文研究采用CMJ17履帶式全液壓鉆車作為鉆孔設備，該鉆車采用全液壓鑿巖系統，雙臂鑿巖，鑿巖速度快，工作效率高，鑿巖速度可達0.8～2.0m/min；液壓系統先進，設有鑿巖機自動返回及防卡釬裝置，操作方便，安全可靠。靈活的液壓鑿巖結構對巷道的工作面、頂板、側幫、底板均能鑿巖作業。該機不僅能鉆鑿掘進炮孔，根據斷面大小情況，裝上適當的推進器后，還能很方便的鉆鑿錨桿孔。

2)側卸式裝巖機。ZCY-60R型側卸式裝巖機作為備用裝矸設備，當后路巷道需要修復時，使用多功能鏟裝車進行臥底，ZCY-60R型側卸式裝巖機進迎頭進行裝巖。

3)單軌吊運輸機車。在綜掘工作面，根據載荷的大小可選用三驅、四驅和五驅電牽引單軌吊運機車，主要運輸采掘工作面的物料、設備、及人員等。

4)梭式礦車。采用SD-14/9B梭式礦車進行臨時儲矸并轉載，最終將矸石裝入礦車運走。

全液壓鉆車鉆眼的施工程序：迎頭采用臺車鉆眼，放炮前將液壓鉆車、鏟裝車皮帶一側，做好防打保護，然后采用全斷面一次起爆。

炮后對浮矸以上巖面進行敲幫問頂和初噴，初噴后由WJ-4FB柴油防爆多功能鏟裝車裝巖，皮帶運至后路SD-14/9B梭式礦車進行臨時儲矸并轉載，將矸石裝入礦車運走。迎頭排矸結束后，用液壓鉆車打支護眼，進行錨網支護，最后集中噴漿。皮帶機尾安裝在距迎頭30～50m，每掘進20m延長一次。皮帶機頭安放在第二次拐彎處，距三岔門131m。

5)后路戰線長、設備多，為提高各施工環節之間的銜接，特別是后路運輸系統人員的快速準確通訊，在該巷道及后路運輸路線安裝了泄露通信。通過泄露電纜的天線輻射作用，使工作人員能夠隨時隨地聯系，保證各環節銜接順暢，提高了工作效率。

3 大斷面巷道支護工藝研究

改革支護工藝，將原有施工工藝由“錨、網噴”改為“初噴→打錨桿→二噴→打錨桿掛網→復噴成形”。二次支護采用液壓鉆車打眼，巷道快速掘進工藝見圖2。

迎頭放炮后，摘除懸矸危巖，先扒出迎頭矸石直到迎頭可支起噴槍進行噴射，由掘進班初噴30mm以上封閉圍巖做臨時支護，按間排距1000mm×800mm布置第一遍錨桿，要求放置在二噴后外露長度不少于100mm的10#鐵絲為掛網準備；迎頭范圍內進行二噴，噴厚80mm(以上為一次支護)。復噴組拖后60～100m范圍內按錨桿間排距1000mm×800mm布置第二遍錨桿，錨桿呈五花布置，掛網、拉線噴漿(復噴)封網，復噴厚度40mm，達到總設計厚度(以上為二次支護)。采用錨網噴二次支護工藝，通過拖后時間使圍巖應力得到釋放，減少其對噴層的破壞，也加大作業空間，為平行作業創造條件。

圖2 深部巷道快速掘進技術與工藝

支護程序：初噴(噴厚30mm)→錨桿(1000mm×1000mm)→復噴(噴厚80mm)→錨網(1000mm×1000mm，距迎頭80m)→復噴(噴厚40mm)。

4 結論

1)復式楔形掏槽爆破提高了炮眼利用率；平均進尺達到2m以上，炮眼利用率均達到95%。

2)多功能側卸式鏟裝車和長距離運輸能力的皮帶，配合液壓鉆車和梭礦進行使用，形成快速有效的全巖作業方式，實現了全斷面一次掘進、一次排矸，效率大幅度提高。

3)采用先進全巖作業線，配合中深孔爆破技術，優化勞動組織形式和施工工藝，提高勞動效率，使掘進速度比原有提高30%以上，月進達120m，掘進速度明顯提高。

[1] 張奇，楊永琦，金乾坤，等.直眼掏槽爆破機理若干基本問題的研究[J].煤炭學報，1997，22(3)：284-287.

[2] 趙宏偉.煤礦巖巷快速掘進技術研究與應用[J].中國煤炭，2012，38(8)：69-71.

[3] 李清，楊仁樹，湯增陸，等.深部大斷面巖巷快速掘進技術研究[J].煤炭科學技術，2006，34(10)：1-4.

[4] 馬立強，張東升，周明，等.深井大斷面巖巷快速掘進機械化作業線配置[J].煤炭科學技術，2009，37(8)：73-77.

[5] 李俊濤，李勇宏.大斷面巷道快速掘進技術[C].中國煤炭學會成立五十周年系列文集2012年全國礦山建設學術會議專刊(上)，2012.

[6] 盧志剛，高文蛟.煤礦大斷面巖石巷道快速掘進技術研究[J].礦冶工程，2014，34(4)：20-24.

[7] 王琳琳.大斷面煤層巷道快速掘進技術研究[J].山西煤炭，2011，31(8)：48-49.

[8] 秦慶舉，張亮，王華.探析巖巷快速掘進技術在祁東煤礦的應用[J].中國礦業，2012，21(7)：87-89.

[9] 闞磊，姜明.巖行快速掘進影響因素分析及工藝的優化[J].煤炭科技，2012(4)：31-34.

Rapid excavation method of middle-deep hole blasting in integrated mechanized construction

YANG Guo-liang，FENG Dong-kai，CHEN Gao，YUAN Fu-xian，ZHEN Shi-rong

(School of Mechanics and Construction Engineering，China University of Mining and Technology，Beijing 100083，China)

To solve the whole rock roadway excavation rapidly process technology challenges，it needs to introduce multifunction discharge type loading working with hydraulic drill jumbo and shuttle mining equipment，and put forward suitable for deep hole blasting in the reasonable cutting form and cutting parameters，and reform the supporting process，so that it can form a quick and efficient way of whole rock homework.Finally it enters up to 120m per month in a mine application.

rapid excavation rock lane；side uninstall rock machine；hydraulic drilling rig；bolting

2014-11-04

國家自然科學基金重點項目資助(編號：51134025)；國家自然科學基金面上項目資助(編號：51274203；51374210)；中央高校基本科研業務專項基金項目資助(編號：2011QL01)

楊國梁(1979-)，男，遼寧葫蘆島人，講師，工學博士，2005年畢業于北京理工大學工程力學專業，講師，主要從事爆破與沖擊方面的研究。E-mail：yanggl531@163.com。

馮棟凱(1989-)，男，漢，河南林州人，研究生，攻讀中國礦業大學(北京)建筑與土木工程專業。E-mail：1192720116@qq.com。

TD235

A

1004-4051(2015)07-0087-03