技改礦井大斷面巖巷快速掘進技術淺析

馬沖飛（平朔北嶺煤業有限公司，山西 朔州 036006）

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技改礦井大斷面巖巷快速掘進技術淺析

馬沖飛
（平朔北嶺煤業有限公司，山西 朔州 036006）

摘 要：本文系統介紹了懸臂式重型掘進機與單體錨桿鉆機配套作業線在北嶺煤業新建緩坡副斜井的應用，分析了大斷面全巖巷道快速掘進技術中存在的問題及對策，技改礦井如能充分利用原有生產系統，優化和調整勞動組織和施工工藝，可加快技改井巷工程建設速度，盡量縮短技改工期，對同類型條件下兼并重組技改礦井具體一定的借鑒意義。

關鍵詞：技改礦井；大斷面；懸臂式掘進機；快速掘進

0. 前言

北嶺礦工業場地內布置3個井筒，主斜井為刷擴已有主斜井、副斜井為新掘緩坡斜井滿足無軌膠輪車運輸要求、回風斜井為刷擴已有副斜井。根據平朔公司實際生產經驗和生產組織習慣，輔助運輸采用無軌膠輪車，新建副斜井井筒傾角為5.5°，位于擬關閉回風斜井北側約60m處。

1. 大斷面全巖巷道快速掘進與支護技術現狀

為盡快完成技改井巷工程，礦井首先淘汰原礦方超期服役的2臺EBJ-120TP型掘進機，重新配置EBZ160TY型懸臂式掘進機2臺用于煤巷及半煤巖巷掘進，EBZ260H型懸臂式掘進機1臺、EBZ318 （H）型懸臂式掘進機1臺用于巖巷掘進，綜掘機械化程度100%。巷道掘進全部采用懸臂式重型掘進機與單體錨桿鉆機配套作業線，錨桿支護方式，掘進與支護交叉作業，根據北嶺煤業綜掘設備配置及支護方式的不同，主要有3種綜合機械化掘進方式。

2. 全巖巷及大斷面硐室掘進與支護技術

（1）北嶺礦開拓布置方案

副斜井為新建井筒，設計長度1418m，井筒方位角240°，傾角5.5°，井筒凈寬5.5m，凈斷面20.13m2，鋪底300mm厚，采用無軌膠輪車運輸。擔負礦井矸石、材料設備和人員等所有輔助提升任務，兼做進風井和安全出口。副斜井自井口掘進至139m處（+1261.6m）落平后，向右轉71°沿井田西南邊界向東南方向掘進576m至井田邊界4號拐點處的大巷保護煤柱內，再轉彎折返大致平行與4號煤東輔運大巷前段向西北方向掘進，當井筒底板距離4號煤層底板垂直距離接近20m時井筒向右轉46°大致沿正北方向施工約74m后在轉回原方位繼續前進，當井筒到達+1165m水平后落平，通過4號煤輔運石門（車場巷道）與已有的4號煤層輔運大巷連通，形成4號煤層輔助運輸系統。

（2）配套設備優勢

配套設備外觀尺寸較小，設備結構相對緊湊，且生產效率高和功能齊備，在掘進施工方面具有良好的靈活性。本套設備不但適用于全巖巷及大斷面硐室的掘進與支護施工，在類似工程項目中的應用頗為廣泛。另外，在施工過程中對于配套設備的拆解維修相當方便，設備自重非常小，無論是作業操控還是解體拆裝都很便利。

配套設備的地盤裝置均為整體剛性組合機構，且附帶履帶行走裝置，以液壓馬達予以驅動作業。驅動過程由支腿閥帶動前后兩側的支腿設備，生產階段可保證整套設備的生產持續性和穩定性。

該配套設備的液壓馬達非常先進，其鑿巖部分配置逐步鉆眼構件，逐步鉆巖是一種緩緩沖進的過程，鉆孔位置確定以后即可逐步增大鉆進壓力直至最大沖擊量，當成孔完畢即可停止鉆孔。全液壓式設備的引入，將使得巷道掘進每個循環達到兩排（約2.4m）的效果，循環進尺的提高大大節約了各工藝交叉和準備時間，包括打眼、爆破、出渣、支護等工序的時間等等。

雙臂鑿巖設備具有很好的靈活性。雙臂鑿巖機與推進裝置二者相對獨立，且雙臂包含6種生產動作，定位補償相對精確。掘進行程的倍比結構主要包含油缸、滑輪組、鑿巖機滑板與鋼絲繩張緊設備4個組成機構。推進油缸的總形成約為1.265m，最大鉆進深度可達2.530m。

挖掘機設備在全巖巷及大斷面硐室的掘進與支護施工中可以保障生產的連續性和高效性。其中，高效性主要表現于出渣方面，它可以利用履帶逐步推進挖取巖渣，并利用鏟斗將鏟取的巖渣送入刮板輸送機，再由刮板輸送機將巖渣送入其他轉載機械。挖掘機設備在全巖巷及大斷面硐室的掘進與支護施工中的適應性非常好，尤其在巷道傾角不超過32°的條件下極為適用，且為巷道出渣創造更好的環境，完全可以容納下外觀尺寸不超過620mm×740mm的輸送機設備。

（3）副斜井掘進與支護方式

①副斜井表土段：巷道設計掘進尺寸為寬×高=7700×4750mm，半圓拱形斷面，凈斷面積20.12m2，掘進斷面積30.10m2；巷道支護形式為鋼筋混凝土砌碹，支護厚度500mm。

②副斜井基巖段：巷道設計掘進尺寸為寬×高=5740×4370mm，半圓拱形斷面，凈斷面積20.12m2，掘進斷面積23.28m2；巷道支護形式為錨網索噴，支護厚度120mm。

③副斜井錯車硐室：巷道設計掘進尺寸為寬×高=7740×5370mm，半圓拱形斷面，凈斷面積33.33m2，掘進斷面積37.46m2；巷道支護形式為錨網索噴，支護厚度120mm。

（4）副斜井（上段）作業線配置

副斜井（上段）作業線配置由EBZ318（H）重型懸臂式掘進機，防爆鏟車，防爆膠輪車，掘砌臺車，單體錨桿鉆機，通風除塵設備及供電系統等組成。

EBZ318（H）重型懸臂式掘進機最大定位截割斷面可達38m2，截割硬度不大于130MPa。要求環境溫度為0～40℃，坡度±18°。

（5）副斜井（下段）作業線配置

副斜井（下段）作業線配置由EBZ260H重型懸臂式掘進機，防爆鏟車，SSJ-800可伸縮帶式輸送機（或SGW-40TG刮板輸送機），單體錨桿鉆機，通風除塵設備及供電系統等組成。

EBZ260H重型懸臂式掘進機最大定位截割斷面可達31m2，截割硬度不大于110MPa。要求環境溫度為0～40℃，坡度±18°。

3. 全巖巷道快速掘進技術存在的問題及對策

3.1 表土段掘進存在的問題及對策

北嶺礦新建緩坡副斜井表土段及風化基巖段距地面上方宿舍較近，不適宜長距離明槽開挖，且根據施工中實際揭露情況來看，風化基巖段為砂巖與泥巖互層，層理節理發育，巖石破碎，極不穩定，施工難度較大。

現場施工中采用掘進機、鏟車配合開挖裝矸，防爆膠輪車排矸，U29鋼棚臨時支護，直接使用公司攪拌站成品砼，混凝土車載輸送泵配合襯砌臺車進行二次襯砌形成永久支護。該方法具有安全系數高，出矸速度快，施工速度快，效率高，無需現場拌料，人員用工少，施工一個正規循7.5m，巷道一次成型，即保證了混凝土整體性和表面光潔度，支護質量好，又改善了工作條件，勞動強度降低，砌筑、掘進可平行作業，經濟效益和社會效益明顯。

3.2 上山掘進遇局部硬巖存在問題及對策

北嶺礦新建緩坡副斜井采用上下對頭掘進，矸石通過掘進機后配套防爆鏟車、SSJ-800皮帶機（40T刮板運輸機）進入原主運系統，通過系統旁路排矸至地面。反掘巷道進入4號煤上覆巖層后遇硬巖，巖石節理不發育，局部巷道硬度f＞8以上，現場施工中截齒損耗大，掘進速度緩慢，且上山掘進中設備易“窩機”等問題。

①現場施工中采用鏟車集中出矸，生產班矸石集中存放，檢修班集中排矸，實現煤矸分運，不影響生產班煤巷施工，采用皮帶集中出矸，為實現快速排矸創造了條件。

②巷道底板巖性軟，遇水后易出現“窩機”，影響掘進速度，出現“窩機”現象后，用道木把履帶墊實，將防塵水、冷卻水引到水溝，減少水對底板的浸泡。

③因無法協調炸藥等因素，現場施工中無法放松動炮，將原國產截齒更換為進口截齒，但現場使用效果不明顯，截齒損耗量較大。

3.3 大斷面硐室掘進存在問題及對策

北嶺礦新建緩坡副斜井錯車硐室寬度達7.8m，高度達5.4m，掘進斷面38m2，一次施工困難，現場采用“分臺階施工法”，迎頭留設斜坡，先拱后基，頂幫錨桿錯茬施工，工序間實現空間和時間上平行作業，縮短正規循環作業時間，提高了開機率。

3.4 全巖巷道防塵問題及對策

由于在掘進過程中，產生大量的粉塵，這些粉塵會對礦工的身體健康造成很大損壞；也影響了工人的視線，使工人對機械設備的運行情況不能準確掌握，只能在停機后再繼續工作，從而降低了掘進工效。常用的除塵方式主要是掘進機內外噴霧，巷道內設置多道全斷面噴霧，轉載點設置防塵罩及噴霧除塵，但現場使用效果不理想，可靠性差。現場采用安裝加壓泵，加大水壓，采用掘進機載泡沫除塵等方式，但防塵效果不明顯。

結語

北嶺礦在井巷工程現場施工中，特別是在全巖巷掘進中，遇到錨桿支護速度，硬巖掘進，粉塵防治等諸多方面困難，雖采取了一些措施和方法，但效果不甚理想，仍需進一步改進。

技改礦井在建設過程中可根據原有生產系統及現場條件，結合技改初步設計內容，整體規劃和考慮，統一協調優化生產布局，充分利用原有生產系統，采用先進的設備設施，在掘進施工方法及施工工藝上改革創新，加強技改礦井建設速度，縮短建設工期，爭取早完工，早見效。

參考文獻

［1］趙學社.煤礦高效掘進技術現狀與發展趨勢［J］.煤炭科學技術，2007，35（4）：1-10.

［2］馬貴純，楊偉光.淺談提高巖巷施工速度的途徑［J］.建井技術，2008，29（1）：27-29.

中圖分類號：TD263

文獻標識碼：A