巖巷快速掘進影響因素分析及優化

劉鵬飛

（晉煤集團金明礦業有限責任公司，山西 晉城 048006）

煤礦巖巷掘進在礦井正常生產中具有重要位置，生產礦井巖巷掘進工程量一般占到礦井掘進總工程量的30%左右。金明煤礦巖巷掘進一直以氣腿式鑿巖機配耙斗裝載機為主，2017年巖巷平均單進82m/月，個別巖巷掘進工作面破百米。礦井巖巷單進水平有所提高，但與國內綜掘300m/月、炮掘200m/月的高水平單進相比還有較大差距。金明煤礦以25011工作面底板巖巷為工程背景，研究巖巷快速掘進工作。

1 工作面工程概況

25011工作面底板巖巷位于25采區南部，11204下底板巖巷開口處為半煤巖巷道，上部巖石厚度為1.3m，下部煤層厚度2.3m。掘進范圍內上距二1煤層底法距1～15m。二1煤層整體呈單斜構造，最大厚度7m，最小煤厚2.55m，平均4m。煤層直接底為砂質泥巖，局部并發育有L9灰巖。經現場調查，25011工作面底板巖巷掘進過程中在巷道層位選擇與支護設計、作業方式、人的因素、爆破參數、掘進設備、組織管理因素和外部環境因素等幾個主要方面存在提升空間，有待進一步優化。

2 巖巷快速掘進影響因素

2.1 巷道層位選擇與支護設計的影響

2.1.1 原巷道層位設計

25011工作面底板巖巷最初設計層位為L8灰巖底。該礦所采二1煤下部層位依次為砂質泥巖(最小厚度7.7m，最大厚度13.63m，平均厚度11.4m)、L8灰(最小厚度2.12m，最大厚度6.02m，平均厚度4.6m)、一8煤及泥巖(最小厚度0.6m，最大厚度2.7m，平均厚度1.76m)、 L7灰（最小厚度1m，最大厚度4.28m，平均厚度3.1m）。

2.1.2 沿L8灰底施工段情況及成本計算

（1）巷道狀況

現場施工中發現，沿L8灰底掘進，巷道圍巖破碎，成型極差，淋水點較多，錨桿失效較多。沿L8灰底可能有近煤層，使用錨索鉆機勉強探查8m，每班探測，施工困難較大，且影響進度；在該層位施工期間，巷道日進3m，每月按25d核算，月僅能完成75m；底板巖巷距二1煤不得小于10m，否則打鉆產生裂隙，影響效果。

（2）成本核算分析

巷道壓力大，補打錨桿（索）較多，以25011工作面底板巖巷為例，百米巷道補打錨索100根左右，剩余890m，共需補打錨索890根。每套錨索97.85元，工時費150元/工×890工=133500元，材料費共計97.85×890=87087元。

2.1.3 支護設計分析

25011工作面底板巖巷設計采用錨網噴支護：采用左旋錨桿Φ18×1800mm，間排距800×800mm；雙層網為鋼筋網+黑色硬質塑料網，網片搭接長度為100mm； 全斷面掛網噴漿，噴厚50mm。由于25011工作面底板巖巷主要用于25011工作面瓦斯抽放，服務時間較短（從工作面兩巷掘進至工作面回采結束），當巷道巖性比較好時，如果支護設計強度過大，不僅會造成支護材料的浪費，還會影響巷道快速掘進。因此，應實行差異化支護，在巖性較好的區段，合理降低25011工作面底板巖巷的支護強度，節約支護成本，加快掘進速度。

2.2 作業方式因素分析

2.2.1 工序耗時

25011工作面底板巖巷采用“三八制”作業。根據現場跟班寫實記錄，該巖巷掘進施工工序耗時如圖1所示。工序4：打錨桿孔與打炮眼平行作業，兩部YT28型氣腿式鑿巖機施工迎頭炮眼，兩部KMTQT-130/3.1鉆機施工巷道頂板錨桿孔；工序5：出渣過程中，所有人員撤出，迎頭無施工人員；工序6：打巷道下部炮眼，然后打巷幫下部兩個錨桿孔，并進行上網安裝。

工序耗時分析：

（1）巖巷工作面鉆機打眼工作耗時最多。風動鑿巖鉆機打一個2m深炮眼平均需要8min，錨索鉆機打一個錨桿孔平均需要10～12min，全斷面爆破打眼和支護打一排錨桿需要4～5h，占整個作業循環時間的50～60%，是制約單進的主要因素。

（2）平行作業不充分。部分工序實現了平行作業，但個別可以實現平行作業的工序未能平行作業，平行作業率低。

（3）風壓、水壓不足導致鉆機鉆進速度慢，也是影響單進的一個重要因素。

2.2.2 平行作業現狀分析

根據圖1所示，打錨桿孔與打炮眼平行作業，兩部YT28型氣腿式鑿巖機施工迎頭炮眼，兩部KMTQT-130/3.1鉆機施工巷道頂板錨桿孔，但仍有部分可以實現平行作業而未實現平行作業的工序。有條件但未實現平行作業的工序：

（1）工序4迎頭打錨桿孔和打炮眼工作（180min）與工序5出渣工作（75min）與未能實現平行作業。

（2）工序6中幫部底腳支護與工序4迎頭打錨桿孔和打炮眼工作未能實現平行作業。

（3）工序6打底部炮眼與幫部底腳支護未能實現平行作業。

圖1 施工工序及耗時

2.3 掘進設備影響分析

（1）裝運：裝巖工序在平巷掘進中占整個循環時間的30%～50%，金明煤礦巖巷裝運以P型系列耙斗裝巖機為主，可在30°以下的斜巷使用，實現高效率連續出渣，裝巖效率較高。

（2）鉆眼：金明煤礦巖巷掘進普遍使用的仍是氣動鑿巖機，由于氣腿鑿巖機輸出功率小，鉆速低，如要提高工作面鉆孔速度，就需要多上幾部鉆機平行作業。巖巷掘進需要機械化裝備，現階段在這項工序中缺少相應的裝備，機械化程度較低。

（3）裝巖機與皮帶機尾不能實現整體移動，造成移一次裝巖機需要4班左右時間，耗時時間長；掘進設備維修不及時，故障率高，制約了巖巷單進的提高。

3 巖巷快速施工方案優化

3.1 優化巷道層位實行差異化支護

（1）針對巷道沿L8底掘進，巷道圍巖破碎淋水點較多，錨桿失效較多的問題，將巷道施工層位調整到沿L7灰或上半部沿L7灰施工，在L7灰中上部施工，在L7灰施工期間，避免了淋水影響，現場施工較簡單，巷道支護容易。

（2）25011工作面底板巖巷采用斷面直墻半圓拱13.3m2，由于底板抽放巷道的服務時間往往較短，本次試驗25011工作面底板巖巷采用錨網支護，不再噴漿。錨桿間排距0.8×1m，錨桿配合H型鋼帶支護上半部，沿灰巖掘進期間錨索隔排單根布置，在頂板破碎或泥巖中掘進時視頂板條件，增加錨索數量。

3.2 巖巷掘進機械化作業線優化

結合25011工作面底板巖巷現場施工地質、技術條件，選擇YT28型氣腿式鑿巖機+P-60B耙斗裝載機+DSJ80/2×55型膠帶輸送機+KMQT-130/3.1氣動振動式錨桿鉆機的作業線，利用皮帶運輸配合耙斗裝載機時，皮帶可實現連續運輸，提高出渣排矸的連續性，解決排矸問題。

3.3 快速掘進作業方式優化

25011工作面底板巖巷掘進勞動組織形式采用“三八”工作制，作業方式采用同巷同段和同巷分段平行作業。優化后的作業循環圖表如圖2所示。在掘進循環作業過程中制定優化措施如下：

（1）根據工作面情況，提高巖巷平行作業水平。在巖性好的前提下，兩幫錨桿可滯后耙斗裝載機補打；錨索滯后迎頭10m補打；耙斗裝載機距迎頭大于10m后，耙渣作業可與迎頭作業同步進行。做到迎頭打鉆打錨索、耙渣、后面補錨桿同時作業。

（2）加快各工序之間的銜接，提高單個工序施工速度。25011工作面底板巖巷巷道掘進斷面13.3m2，要上夠4～5部鉆，加強職工間相互配合，提高施工熟練程度，縮短單個工序時間消耗。

（3）縮短巖巷移耙斗裝載機時間。每掘進30m前移耙斗裝載機，并將耙斗裝載機前移時間控制在2班。

圖2 優化后的正規作業循環圖

4 優化效果

4.1 單進水平提升

通過快速掘進方案的優化，優化后25011工作面底板巖巷掘進頭實現了日進尺6m，月單進突破160m的技術目標，其中25011工作面底板巖巷2017年1月份驗收進尺163m，試驗前后月進尺對比如圖3所示。

圖3 試驗前后月進尺對比

4.2 巖巷快速掘進作業線

本次試驗巖巷單進實現突破，受益于配套的巖巷生產作業線：氣腿式鑿巖機+耙斗裝載機+膠帶輸送機。采用多臺YT28型氣腿式鑿巖機平行作業同時打眼，然后進行裝藥、放炮；裝載運輸：采用P-60B耙斗裝載機將矸石耙到800型膠帶輸送機上，然后轉至溜煤眼，通過箕斗運至地面；支護工藝：采用KMQT-130/3.1氣動振動式錨桿鉆機打眼，經過現場試驗兩幫錨桿滯后耙斗裝載機補打，錨索滯后迎頭10m補打，耙渣作業與迎頭作業同步進行。

5 結論

（1）氣腿式鑿巖機+耙斗裝載機+膠帶輸送機作業線是當前比較適宜于金明煤礦地質條件的作業線。堅持正規作業循環作業，優化后25011工作面底板巖巷掘進頭實現月單進突破160m的技術目標。

（2）鑒于巷道服務年限較短，巷道頂板條件較好時，少打一根錨桿節省支護時間8min，少打一根錨索節省支護時間30min左右，合理降低錨網支護密度，有利于節約錨桿（索）施工時間，且巷道不噴漿，減少一道施工工序，節省材料成本和施工時間。