無間隔緊湊施工方法在巖巷掘進中的應用

黃和平，侯克鵬

（云南亞融礦業科技有限公司，云南 昆明 650093）

1 引言

井巷掘進在礦業開發過程中占有重要的地位，加快井巷施工速度，提高掘進工效，是增強企業核心競爭力的需要，具有重要的意義。傳統的巷道掘進施工方法由于部分環節的制約，影響掘進效率的提高［1-2］。因此，要提高掘進施工速度，需要從設備配置及使用效率、時間利用率上等挖掘潛力，采取不間斷的作業方式，以循環工序時間為核心的施工組織方式，使鑿巖、爆破、通風、出渣、接長管線等多道工序緊湊鏈接，形成整個施工過程在時間和空間上的連續，才能有效提高工作時間利用率，實現巷道快速高效掘進。本文將具有此特征的掘進施工工藝稱為“無間隔緊湊施工工藝”。作為完整施工工藝要求，從提高鑿巖、出渣效率等方面考慮選擇能力匹配的機械施工作業線。

2 “無間隔緊湊施工工藝”特征

“無間隔緊湊施工工藝”以鑿巖臺車配長釬桿鑿巖和高效出渣設備為核心，采用普通鉆爆法施工，無間隔緊湊循環，一次成巷。具有以下特征：

（1）施工作業線機械配置方案具有運載能力大、設備結構性能可靠、械化程度高，速度快，連續作業，適用于大斷面巷道規格等，使一天完成3～5個作業循環成為可能。

（2）通風方面采用2BKG-15軸流式扇風機配φ315PVC通風管，可在短時間內除凈炮煙。

（3）技術管理裝備，在技術管理上使用激光指向儀，采用超前支護技術等技術，組織不間斷的作業方式，從而有效地加快掘進速度，提高工班效率。

3 工程概況

某金屬地下礦山1360主平巷設計為一條集運輸、通風、排水、勘探等為一體的巷道，設計規格為4.0×4.0m2，主干線長20km，工程沿途地層為碳酸鹽類巖層，其巖性主要由厚層狀白云巖、灰質白云巖與白云質灰巖、灰巖等組成，局部夾薄層狀含泥質灰巖。巖石比重2.73～2.88之間，抗壓強度一般在34.5～66MPa范圍內，屬堅硬至半堅硬巖組，巖石穩固性好，但局部地段斷裂構造發育斷裂、破碎帶角礫多為泥質膠結或粘土充填，呈碎裂散體結構，膠結松散、粘性低，塑性差，孔隙度大，穩固性亦差。

4 技術參數及工藝設計

該礦山以前巷道施工普遍采用普通鉆爆法掘進，相應作業線采用YT-28氣腿式鑿巖機鑿巖，Z-30型裝巖機裝巖，1.6m2側卸式礦車配7-10t電機車運輸。勞動組織采用三班8h工作制，每班完成一個作業循環，施工的主要工序有：鑿巖、爆破、裝巖、支護，輔助工序有清理浮石、通風、接長管線等。存在的問題：（1）工時利用率不高；（2）鑿巖和出渣設備效率低；（3）循環進尺少。為了克服傳統施工方法存在的問題，實現大斷面巷道快速高效掘進，設計出“無間隔緊湊施工方法”，具體工藝及參數如下：

4.1 鑿巖爆破

該巷道掘進采用Boomer282雙臂鑿巖臺車配3.5m釬桿鉆鑿炮孔，該設備有兩臺可獨立操作的機頭，不但能有效降低鑿巖時間，而且具有轉速調節功能，使得更換大直徑鉆頭（Φ=100mm）簡單快捷，易于掌握。100mm大直徑掏槽空眼的施工，增加了循環爆破的補償空間，爆破效率和傳統的小直徑掏槽相比有顯著提高。

4.2 通風

因是長獨頭掘進，距離較長，通風工作顯得尤其重要。為使工作面放炮后迅速排除炮煙，采用壓抽混合式式通風，由局扇直接將工作面的有害氣體及粉塵，通過風筒吸出坑外。為提高通風效率，減少漏風，降低通風阻力，采用PVC管作為通風管，并用薄鐵皮制作喇叭口連接風機和PVC管，減少漏風。因距離較長，采用多臺風機串聯工作，每隔1000m設置一臺。

4.3 巖石的裝載與運輸

大斷面巷道掘進中，裝載與轉運是一項工作量很大的工作，出渣時間約占整個掘進循環的35%～50%。因此，裝巖設備的合理選擇和正確使用，對提高掘進效率，加快掘進速度具有重要意義。

裝載機類型包括:耙斗裝巖機、鏟斗裝巖機、蟹爪裝巖機、立爪裝巖機。合理選擇裝載機的因素較多，主要應考慮巷道斷面大小，對掘進速度及機械化程度的要求，裝載機的適應性能和生產率，操作、維修的難易程度和可靠性，造價及與其它設備的配套等［3-5］。

工作面爆破并經通風將炮煙排除，清理完頂板浮石后，即進行裝、運巖石工作。結合該礦實際生產條件，裝運設備配置為：裝載設備：耙斗裝巖機；運輸設備： MT2010卡車，載重為40t。由于巷道較長，需要設置調車場，減少調車時間，以提高出渣效率。采用固定錯車道調車法，每間隔200m設置一個調車場。

4.4 施工組織與管理

以工作時間為中心，組織多工序平行交叉作業，充分利用作業空間與時問，強化科學管理，確保正規循環，是實現安全、高效、快速施工的重要保證。要達到施工安全快速的要求，除先進的技術和裝備外，施工組織與管理也是非常重要的一環。該礦長年采用的正規循環作業，對長獨頭快速掘進是行之有效的。掘進作業循環是指主要工序（鑿巖、爆破、裝巖和支護）和輔助工序（通風和接長管線等）的周期性重復，每重復一次，就完成一個循環。正規循環作業就是在規定時間內，完成各工序所要求的工作量，取得預期的進度，并保證周而復始地進行施工［6］。在施工過程中采取各種可能的措施，盡量縮短作業時間，以最短的時間完成每循環的工作任務，保證下一循環能正常進行施工作業，即無間隔緊湊施工工藝。

根據工作面情況，改原來的雙機鑿巖為液壓鑿巖臺車，加快鑿巖速度；測量技術方面配置JZK-600激光指向儀［7］，減少人為的影響時間；為隊組配置專用乘人車，減少上、下班在路途中的時間消耗；對設備進行及時維修，盡量把機械、電器等設備的影響因素降到最低；采取多工序平行交叉作業，進行不間斷循環作業，提高日循環次數。

5 掘進綜合工效

工程施工開始后，通過技術人員現場寫實，連續進行了三個循環，主要目的對用工人數、機械臺班用時、火工材料的消耗進行統計，便于施工組織。見表1。

表1 掘進各工序人工及用時統計

由表1可知，迎頭工主要有炮工和出渣工及運輸工，共8人；其余為后勤工，不在掘進工效統計之列。每組人員連續進行兩個循環作業，平均循環用時約277min，平均每循環進尺3.1m，則統計工班工效為0.78m/工班。

該工程采用“無間隔緊湊施工工藝”共計施工進尺5642m，用時504天，獨頭掘進月平均進尺313m；一天達到4個作業循環，獨頭掘進平均日進尺11.2m，達到較高的水平。

6 結論

本文針對井巷快速掘進的需求，結合生產實際開展了大斷面巷道快速掘進施工技術研究，并經過工程實踐，獲得了良好的技術經濟指標。主要結論和成果如下：

（1）在對傳統掘進工藝進行總結的基礎上，針對具體工程條件，從鑿巖爆破技術、出渣及運輸設備、通風和施工組織管理幾個方面提出了優化方法。

（2）設計了“無間隔緊湊施工工藝”，以循環工序時間為核心的組織施工。使各工序緊湊鏈接，形成整個施工過程在時間上和空間上的連續，有效地提高了工作時間利用率，實現了大斷面巷道持續快速高效掘進。

［1］李愛軍. 鉆爆法巖巷四位一體快速掘進技術研究與應用[J]. 煤炭科學技術, 2017, 45(7):39-43.

［2］胡少軒.大采高大斷面切眼巷道快速掘進技術及應用[J]. 煤炭工程,2016, 48(8):33-36.

［3］鄧如彬. 大坡度巷道巖巷作業線快速掘進施工技術[J]. 中州煤炭,2015(11):91-92.

［4］呼守信. 高效快速掘進系統的協同控制[J]. 工礦自動化, 2017,43(4):86-88.

［5］張德華, 楊家坤. 巷道掘進用挖掘式裝載機的研究[J]. 科技創新導報, 2015, 12(5):37-37.

［6］杜向陽, 張世麗, 王育豐,等. 一種礦用中腰線聯合激光指向儀,Ore with the waist joint laser pointing device:, CN 104344817 B[P]. 2017.

［7］吳擁政, 吳建星, 王峰. 巷道掘支錨連續平行作業機理及其應用[J].煤炭科學技術, 2016, 44(6):39-44.