影響巖巷快速掘進(jìn)的因素分析及其優(yōu)化

宋新生

（潞安集團(tuán)漳村煤礦 ，山西 長(zhǎng)治 046000）

0 引 言

煤礦巖巷掘進(jìn)是一個(gè)復(fù)雜的施工工藝，在礦井正常生產(chǎn)中具有重要位置，生產(chǎn)礦井巖巷掘進(jìn)工程量一般占到礦井掘進(jìn)總工程量的30%左右。金明煤礦巖巷掘進(jìn)一直氣腿式鑿巖機(jī)配耙斗裝載機(jī)為主。近年來(lái)，通過(guò)引進(jìn)中深孔爆破技術(shù)，增加循環(huán)進(jìn)尺；改變傳統(tǒng)的兩掘一噴工藝，推廣多工序平行作業(yè)、皮帶連續(xù)排矸；改造供風(fēng)線路、堅(jiān)持多上鉆機(jī)等措施，使礦井巖巷炮掘單進(jìn)水平得以突破。2016年巖巷平均單進(jìn)80m/月，2017年巖巷平均單進(jìn)82m/月，個(gè)別巖巷掘進(jìn)工作面破百米。雖然，礦井巖巷單進(jìn)水平有所提高，但與國(guó)內(nèi)綜掘300m/月、炮掘200m/月的高水平單進(jìn)相比還有較大差距。因此，以金明煤礦25011工作面底板巖巷為工程背景，研究巖巷快速掘進(jìn)攻關(guān)工作，提高巖巷單進(jìn)水平，緩解礦井接替緊張的局面是目前當(dāng)務(wù)之急。

1 工作面工程概況

25011工作面底板巖巷位于25采區(qū)南部，11204下底板巖巷開(kāi)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(jìn)范圍內(nèi)上距二1煤層底法距1～15m；二1煤層整體呈單斜構(gòu)造，最大厚度7m，最小煤厚2.55m，平均4m；二1煤層底板整體產(chǎn)狀134°～152°∠3°～9°。煤層直接底為砂質(zhì)泥巖，灰色、深灰色，含白云母片及植物化石，下部含黃鐵礦結(jié)核，局部并發(fā)育有L9灰?guī)r。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，25011工作面底板巖巷掘進(jìn)過(guò)程中在巷道層位選擇與支護(hù)設(shè)計(jì)、作業(yè)方式、人的因素、爆破參數(shù)、掘進(jìn)設(shè)備、組織管理因素和外部環(huán)境因素等幾個(gè)主要方面存在提升空間，有待進(jìn)一步優(yōu)化。

2 巷道層位選擇與支護(hù)設(shè)計(jì)的影響

2.1 巷道層位設(shè)計(jì)

25011工作面底板巖巷最初設(shè)計(jì)層位為L(zhǎng)8灰?guī)r底。該礦所采二1煤下部層位依次為砂質(zhì)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）。

2.2 沿L8灰底施工段情況及成本計(jì)算

1）巷道狀況。現(xiàn)場(chǎng)施工中發(fā)現(xiàn)，沿L8灰底掘進(jìn)，巷道圍巖破碎、成型極差、淋水點(diǎn)較多，錨桿失效較多。沿L8灰底可能有近煤層，使用錨索鉆機(jī)勉強(qiáng)探查8m，每班探測(cè)，施工困難較大，且影響進(jìn)度；在該層位施工期間，巷道日進(jìn)3m，每月按25天核算，月僅能完成75m；底板巖巷距二1煤不得小于10m，否則打鉆產(chǎn)生裂隙，影響效果。

2）成本核算分析。巷道壓力大，補(bǔ)打錨桿(索)較多，以25011工作面底板巖巷為例，百米巷道補(bǔ)打錨索100根左右，剩余890m，共需補(bǔ)打錨索890根。每套錨索97.85元/套，工時(shí)費(fèi)150元/工×890工=133500元，材料費(fèi)共計(jì)97.85×890=87087元。

另外，補(bǔ)打一根錨索需要30min時(shí)間，補(bǔ)打890根錨索，使用一部鉆機(jī)補(bǔ)打錨索的情況下，需要55班才能完成，占用了大量的掘進(jìn)力量。因此，在該層位施工，不僅會(huì)造成支護(hù)成本的增加，而且還將制約單進(jìn)的提高。

2.3 支護(hù)設(shè)計(jì)分析

25011工作面底板巖巷設(shè)計(jì)采用錨網(wǎng)噴支護(hù)：采用左旋錨桿φ18×1800mm，間排距800×800mm；雙層網(wǎng)為鋼筋網(wǎng)+黑色硬質(zhì)塑料網(wǎng)，網(wǎng)片搭接長(zhǎng)度為100mm；全斷面掛網(wǎng)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(wù)時(shí)間較短（從工作面兩巷掘進(jìn)至工作面回采結(jié)束），當(dāng)巷道巖性比較好時(shí)，如果支護(hù)設(shè)計(jì)強(qiáng)度過(guò)大，不僅會(huì)造成支護(hù)材料的浪費(fèi)，還會(huì)影響巷道快速掘進(jìn)。因此，應(yīng)實(shí)行差異化支護(hù)，在巖性較好的區(qū)段，合理降低25011工作面底板巖巷的支護(hù)強(qiáng)度，節(jié)約支護(hù)成本，加快掘進(jìn)速度。

3 作業(yè)方式因素分析

3.1 工序耗時(shí)

25011工作面底板巖巷采用“三八制”作業(yè)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)跟班寫(xiě)實(shí)記錄，該巖巷掘進(jìn)施工工序耗時(shí)如圖1所示。圖1中，工序4：打錨桿孔與打炮眼平行作業(yè)，兩部YT28型氣腿式鑿巖機(jī)施工迎頭炮眼，兩部KMTQT-130/3.1鉆機(jī)施工巷道頂板錨桿孔；工序5：出渣過(guò)程中，所有人員撤出，迎頭無(wú)施工人員；工序6：打巷道下部炮眼，然后打巷幫下部?jī)蓚€(gè)錨桿孔，并進(jìn)行上網(wǎng)安裝。

1）巖巷工作面鉆機(jī)打眼工作耗時(shí)最多。風(fēng)動(dòng)鑿巖鉆機(jī)打一個(gè)2m深炮眼平均需要8min，錨索鉆機(jī)打一個(gè)錨桿孔平均需要10～12min，全斷面爆破打眼和支護(hù)打一排錨桿需要4～5h，占整個(gè)作業(yè)循環(huán)時(shí)間的50%～60%，是制約單進(jìn)的主要因素。

2）平行作業(yè)不充分。部分工序?qū)崿F(xiàn)了平行作業(yè)，但個(gè)別可以實(shí)現(xiàn)平行作業(yè)的工序未能平行作業(yè)，平行作業(yè)度低。

3）風(fēng)壓、水壓不足導(dǎo)致鉆機(jī)鉆進(jìn)速度慢，也是影響單進(jìn)的一個(gè)重要因素。

圖1 施工工序及耗時(shí)

3.2 平行作業(yè)現(xiàn)狀分析

根據(jù)圖1所示，打錨桿孔與打炮眼平行作業(yè)，兩部YT28型氣腿式鑿巖機(jī)施工迎頭炮眼，兩部KMTQT-130/3.1鉆機(jī)施工巷道頂板錨桿孔，但仍有部分可以實(shí)現(xiàn)平行作業(yè)而未實(shí)現(xiàn)平行作業(yè)的工序。有條件但未實(shí)現(xiàn)平行作業(yè)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(shí)現(xiàn)平行作業(yè)。

2）工序6中幫部底腳支護(hù)與工序4迎頭打錨桿孔和打炮眼工作未能實(shí)現(xiàn)平行作業(yè)。

3）工序6打底部炮眼與幫部底腳支護(hù)未能實(shí)現(xiàn)平行作業(yè)。

4 掘進(jìn)設(shè)備影響分析

1）裝運(yùn)：裝巖工序在平巷掘進(jìn)中占整個(gè)循環(huán)時(shí)間的30%～50%，目前，金明煤礦巖巷裝運(yùn)以P型系列耙斗裝巖機(jī)為主，可在30°以下的斜巷使用，實(shí)現(xiàn)高效率連續(xù)出渣，裝巖效率較高。

2）鉆眼：金明煤礦巖巷掘進(jìn)普遍使用的仍是氣動(dòng)鑿巖機(jī)，由于氣腿鑿巖機(jī)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(jī)平行作業(yè)。巖巷掘進(jìn)需要機(jī)械化裝備，現(xiàn)階段在這項(xiàng)工序中缺少相應(yīng)的裝備，機(jī)械化程度較低。

3）耙渣機(jī)與皮帶機(jī)尾不能實(shí)現(xiàn)整體移動(dòng)，造成移一次耙渣機(jī)需要4班左右時(shí)間，耗時(shí)時(shí)間長(zhǎng)；掘進(jìn)設(shè)備維修不及時(shí)，故障率高，都制約了巖巷單進(jìn)的提高。

5 巖巷掘進(jìn)方案優(yōu)化

5.1 實(shí)行差異化支護(hù)

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(wù)時(shí)間往往較短，采用硬質(zhì)塑料網(wǎng)+冷拔絲編織網(wǎng)取代原來(lái)的鋼網(wǎng)護(hù)幫頂，可以較好的控制局部巖塊的松動(dòng)和墜落，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，L7-8巖層巖性好、整體性強(qiáng)，節(jié)理、裂隙不發(fā)育，而噴漿的加固和防風(fēng)化作用一般，因此，本次試驗(yàn)25011工作面底板巖巷采用錨網(wǎng)支護(hù)，不再?lài)姖{。錨桿間排距0.8m×1m，錨桿配合H型鋼帶支護(hù)上半部，沿灰?guī)r掘進(jìn)期間錨索隔排單根布置，在頂板破碎或泥巖中掘進(jìn)時(shí)視頂板條件，增加錨索數(shù)量。

針對(duì)巷道沿L8底掘進(jìn)，巷道圍巖破碎淋水點(diǎn)較多，錨桿失效較多的問(wèn)題，將巷道施工層位調(diào)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(xiàn)場(chǎng)施工較簡(jiǎn)單，巷道支護(hù)容易。

5.2 巖巷掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)線優(yōu)化

結(jié)合25011工作面底板巖巷現(xiàn)場(chǎng)施工地質(zhì)、技術(shù)條件，選擇YT28型氣腿式鑿巖機(jī)+P-60B耙斗裝載機(jī)+DSJ80/2×55型膠帶輸送機(jī)+KMQT-130/3.1氣動(dòng)振動(dòng)式錨桿鉆機(jī)的作業(yè)線。利用皮帶運(yùn)輸配合耙斗裝載機(jī)時(shí)，皮帶可實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸，提高出渣排矸的連續(xù)性，解決排矸問(wèn)題。

5.3 快速掘進(jìn)作業(yè)方式優(yōu)化

25011工作面底板巖巷掘進(jìn)勞動(dòng)組織形式采用“三八”工作制，作業(yè)方式采用同巷同段和同巷分段平行作業(yè)。優(yōu)化后的作業(yè)循環(huán)圖表如圖2所示。在掘進(jìn)循環(huán)作業(yè)過(guò)程中制定優(yōu)化措施如下：

圖2 優(yōu)化后的正規(guī)作業(yè)循環(huán)圖

1）根據(jù)工作面情況，提高巖巷平行作業(yè)水平。在巖性好的前提下，兩幫錨桿可滯后耙斗裝載機(jī)進(jìn)行補(bǔ)打；錨索滯后迎頭10m進(jìn)行補(bǔ)打；耙斗裝載機(jī)距迎頭大于10m后，耙渣作業(yè)可與迎頭作業(yè)同步進(jìn)行。做到迎頭打鉆打錨索、耙渣、后面補(bǔ)錨桿同時(shí)作業(yè)。

2）調(diào)整工序，積極組織。底板巖巷施工時(shí)調(diào)整為三個(gè)掘進(jìn)班，提高正規(guī)循環(huán)率。

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

4）縮短巖巷移耙斗裝載機(jī)時(shí)間。每掘進(jìn)30m前移耙斗裝載機(jī)，并將耙斗裝載機(jī)前移時(shí)間控制在2班。

6 優(yōu)化效果分析

6.1 單進(jìn)水平提升

通過(guò)對(duì)掘進(jìn)方案進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后25011工作面底板巖巷掘進(jìn)頭實(shí)現(xiàn)了日進(jìn)尺6m，月單進(jìn)突破160m的技術(shù)目標(biāo)，其中25011工作面底板巖巷2017年1月份驗(yàn)收進(jìn)尺163m，試驗(yàn)前后月進(jìn)尺對(duì)比如圖3所示。

圖3 試驗(yàn)前后月進(jìn)尺對(duì)比

6.2 巖巷快速掘進(jìn)作業(yè)線

本次試驗(yàn)巖巷單進(jìn)實(shí)現(xiàn)突破，受益于配套的巖巷生產(chǎn)作業(yè)線：氣腿式鑿巖機(jī)+耙斗裝載機(jī)+膠帶輸送機(jī)。采用多臺(tái)YT28型氣腿式鑿巖機(jī)平行作業(yè)同時(shí)打眼，然后進(jìn)行裝藥、放炮；裝載運(yùn)輸：采用P-60B耙斗裝載機(jī)將矸石耙到800型膠帶輸送機(jī)上，然后轉(zhuǎn)至溜煤眼，通過(guò)箕斗運(yùn)至地面；支護(hù)工藝：采用KMQT-130/3.1氣動(dòng)振動(dòng)式錨桿鉆機(jī)打眼，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)兩幫錨桿滯后耙斗裝載機(jī)進(jìn)行補(bǔ)打；錨索滯后迎頭10m進(jìn)行補(bǔ)打；耙斗裝載機(jī)距迎頭大于10m后采取必要的措施，耙渣作業(yè)與迎頭作業(yè)同步進(jìn)行。做到迎頭打鉆、打錨索鋪網(wǎng)、補(bǔ)幫錨桿(耙渣)同時(shí)作業(yè)。使用功率30kW，耙斗容量0.6m3的耙斗裝載機(jī)裝巖；使用800型膠帶輸送機(jī)運(yùn)矸，提高了運(yùn)輸?shù)陌踩裕瑢?shí)現(xiàn)工作面矸石連續(xù)運(yùn)輸，形成了裝巖、運(yùn)矸作業(yè)一條線，保證工作面正規(guī)循環(huán)，提高掘進(jìn)速度。

7 結(jié) 論

1）氣腿式鑿巖機(jī)+耙斗裝載機(jī)+膠帶輸送機(jī)作業(yè)線是當(dāng)前比較適宜于金明煤礦地質(zhì)條件的作業(yè)線。堅(jiān)持正規(guī)作業(yè)循環(huán)作業(yè)，優(yōu)化后25011工作面底板巖巷掘進(jìn)頭實(shí)現(xiàn)月單進(jìn)突破160m的技術(shù)目標(biāo)。

2）巷道頂板條件較好時(shí)，少打一根錨桿節(jié)省支護(hù)時(shí)間8min，少打一根錨索節(jié)省支護(hù)時(shí)間30min左右，合理降低錨網(wǎng)支護(hù)密度，有利于節(jié)約錨桿（索）施工時(shí)間，且巷道不噴漿，減少一道施工工序，節(jié)省材料成本和施工時(shí)間。