大斷面硬巖巷道快速掘進技術(shù)研究與應(yīng)用

毋肖飛， 崔 崢， 張建林

(山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責(zé)任公司，山西 晉城 048200)

引 言

蘭花集團玉溪煤礦設(shè)計生產(chǎn)能力為240萬t/a，井下共布置2個盤區(qū)，1301工作面為一盤區(qū)首采工作面，位于玉溪井田南部，東西走向，大采高綜采工藝回采3#煤層。3#煤層位于山西組下部，緩傾斜煤層，傾角小于8°；埋深大約在500 m～600 m，厚度在5.12 m～7.20 m，平均5.85 m，純煤厚度4.62 m～7.00 m，平均5.71 m，結(jié)構(gòu)簡單，全區(qū)穩(wěn)定可采。直接頂為均厚2.4 m的泥巖，老頂為均厚5.3 m的中粒砂巖，直接底為均厚1.5 m的泥巖，老底為均厚8.3 m的砂質(zhì)泥巖。目前井下施工的巷道中，有五個巖巷工作面，分別為三條開拓大巷(中央回風(fēng)大巷、中央膠帶大巷、中央輔助運輸大巷)；1302工作面北底抽巷；輔助配風(fēng)巷。全部采用懸臂式掘進機掘進，懸臂式掘進機是集截割、裝運、行走、操作等功能于一體，主要用于截割任意形狀斷面的井下巖石、煤或半煤巖巷道。由于工作面巖性較硬，掘進機故障頻發(fā)，嚴(yán)重制約著施工進度。

1 影響巖巷掘進進度原因分析

依據(jù)地測防治水科出具的地質(zhì)預(yù)報說明書，實際掘進中輔助配風(fēng)巷巷道巖性為粉砂巖，深灰色，厚層狀，小型交錯層理發(fā)育，夾細(xì)砂條帶，含植物化石，見菱鐵礦結(jié)核。巖石硬度f=5～8，輔助配風(fēng)巷使用的是EBZ-160型掘進機，該機主要用于煤巖硬度f≤7.5的煤巷、半煤巖巷以及軟巖的巷道、隧道快速掘進，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)切割、裝載、運輸作業(yè)。最大定位截割斷面24 m2，最大截割硬度≤75 MPa，縱向工作坡度±16°。

參照地測防治水科提供的巷道頂?shù)装鍘r性柱狀圖，中央輔助運輸大巷巖性主要為泥巖、沙質(zhì)泥巖含植物化石及黃鐵礦結(jié)核和燧石結(jié)核，巷道下有約1 m左右比較硬的石灰?guī)r，巖石硬度f=4～7，中央輔助運輸大巷使用的是EBZ230綜掘機。

中央回風(fēng)大巷巖性主要為泥巖、沙質(zhì)泥巖及細(xì)粒砂巖，使用的是EBZ260綜掘機。

1302北底抽巷巖性主要為泥巖、層理發(fā)育，底部有一層深灰色石灰?guī)r較硬。

中央膠帶大巷巖性主要為泥巖相對較軟。

從以上地質(zhì)資料分析，除中央膠帶大巷外，其它工作面巖性都比較硬，對綜掘機的磨損和傷害都比較大，再加上設(shè)備維修保養(yǎng)不到位和司機素質(zhì)參差不齊，一季度綜掘機故障影響586個小時約等于36 h；3月25日到4月10日，五個巖巷工作面有四個掘進機輪番故障，從實際完成進尺可以看出，巖性硬度變化和掘進速度關(guān)系是巖性越硬單月進尺越少；巖性越硬，綜掘機故障越多。因此，在巖巷掘進中遇到比較硬的巖石時，就會影響切割速度，如果司機不熟練或操作不當(dāng)，就會由于截割負(fù)荷超過額定值，導(dǎo)致截割電動機快速升溫。截割電動機過負(fù)荷造成截割臂軸承、減速器軸承或齒輪損壞、截割電動機損壞或截割臂、截割減速器的故障等。

2 解決方法

根據(jù)以上原因分析，影響巖巷掘進的主要原因為懸臂式掘進機機械故障，當(dāng)巷道遇到比較硬巖時，由于目前懸臂式掘進機配置型號達不到相應(yīng)巖石硬度系數(shù)所要求配備的大功率巖巷道掘進機，重新購買需要投入大量資金。因此，考慮用現(xiàn)有的掘進機械來解決巖巷快速掘進問題為上之政策。如何讓堅硬的巖體松動，就是當(dāng)前要考慮的問題，于是松動爆破先將巖體松動，再用現(xiàn)有的綜掘機掘進。松動爆破原理是使爆破對象成為裂隙發(fā)育體，不產(chǎn)生拋擲現(xiàn)象或產(chǎn)生輕微拋擲現(xiàn)象，爆破增大了巖體的破碎程度，產(chǎn)生裂隙，減少綜掘機的切割阻力，減少綜掘機刨頭損壞程度，從而實現(xiàn)快速掘少。

3 方案提出

松動預(yù)裂爆破+掘進機掘進。松動預(yù)裂爆破技術(shù)是指充分利用爆破能量，使爆破對象成為裂隙發(fā)育體，不產(chǎn)生拋擲現(xiàn)象或產(chǎn)生輕微拋擲現(xiàn)象的一種爆破技術(shù)。它的裝藥量一般為標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破的40%～50%。松動爆破又分普通松動及加強松動爆破。松動預(yù)裂爆破后巖石只呈現(xiàn)破裂和松動狀態(tài)，形成松動爆破漏斗，爆破作用指數(shù)大約≤0.75。使硬巖松動產(chǎn)生大量裂隙，起到軟化巷道硬度的作用，又不產(chǎn)生強大的沖擊波和避免產(chǎn)生巖石拋擲現(xiàn)象，對工作面的掘進機及其它設(shè)備撤離一定距離并加以保護。

然后進行正常的綜掘工藝，以解決機械化掘進遇到硬巖的難題，從而減少掘進機故障，提高巖巷掘進速度。

4 松動預(yù)裂爆破+掘進機掘進方案的注意事項

4.1 不耦合裝藥的機理

利用不耦合裝藥(即藥包和孔壁間有環(huán)狀空隙)，炸藥直徑小于炮孔直徑，炸藥與炮孔壁之間留有間隙,由于炸藥藥卷直徑基本固定，所以炮眼直徑的大小決定藥卷與炮眼的間隔，不耦合裝藥必須留下足夠間隔，才能達到松動爆破效果。國內(nèi)巖巷掘進均采用直徑32 mm、35 mm兩種藥卷，所以選擇炮眼直徑45 mm～48 mm，使間隙達到13 mm～16 mm，為松動爆破創(chuàng)造良好的裝藥條件，這樣才能達到最佳爆破效果。

4.2 炮眼布置與裝藥

中孔松動預(yù)裂爆破參數(shù)的選擇和裝藥量計算是關(guān)鍵。松動預(yù)裂爆破的最終效果是爆破對象成為裂隙發(fā)育體，不產(chǎn)生拋擲現(xiàn)象或產(chǎn)生輕微拋擲現(xiàn)象。因此，依據(jù)巖性特征和工作面迎頭實際情況計算炮眼深度，孔間距以及裝藥量起爆順序等，由于井下各工作面實際巖性、斷面參數(shù)不一樣，每次放炮都不一樣，比如，工作面迎頭巖性堅硬系數(shù)高的需要多打眼，炮眼間距縮小，孔深增加，裝藥量增加。并根據(jù)每次爆破后的情況進行總結(jié)完善，形成一套適合本礦特點的松動預(yù)裂爆破技術(shù)。

4.3 瞎炮防治與處理

如果在松動預(yù)裂爆破中產(chǎn)生瞎炮，將對后期綜掘帶來安全隱患，因此必須杜絕產(chǎn)生瞎炮，這就要必須嚴(yán)格按照爆破作業(yè)規(guī)程和安全措施執(zhí)行。其中有九條預(yù)防產(chǎn)生瞎炮的措施，在此不再贅述。

4.4 掘進機掘進注意事項

注意切割順序和循環(huán)進度，松動預(yù)裂爆破后，掘進機司機應(yīng)該先從裂縫開始切割，先裂隙后巖體，先軟后硬；放慢循環(huán)進度，壓力增加時，減少炮頭接觸面，空轉(zhuǎn)微接觸，截割頭轉(zhuǎn)速放慢以減小截割頭對巷道圍巖的震動。

5 預(yù)期效果(包括預(yù)計創(chuàng)造價值或產(chǎn)生的影響等)

根據(jù)一季度掘進機故障影響天數(shù)每個工作面取起平均值(除去春節(jié)放假)，每個巖巷掘進面平均每月影響在4.5 d左右，表1是3月份巖巷掘進工程量完成表。

表1 2019年3月巖巷掘進工程量完成表

如果實施松動爆破并加強掘進機維修保養(yǎng)，即使完成月度計劃的80%，也將增加井巷進尺136 m；如果施工組織管理到位，巖巷按月平均進尺100 m計算，將提高352 m進尺。一米單價按1萬元計算，每月將多完成352萬元工程量。

6 結(jié)語

雖然松動爆破在一定程度上能提高巖巷掘進效率，但巖巷掘進效率的提高是多方面因素綜合的結(jié)果，這就要求綜掘機司機根據(jù)現(xiàn)場實際情況熟練掌握操作技巧，根據(jù)巖的軟硬程度掌握好機器推進速度，避免發(fā)生截割電機過載或壓死刮板輸送機等現(xiàn)象，切割時應(yīng)放下鏟板。如果落巖量過大而造成過載時，司機必須立即停機，將掘進機退出，進行處理。為減少設(shè)備故障，就加大設(shè)備維修保養(yǎng)管理，配齊配足備品備件，充分利用生產(chǎn)空閑對設(shè)備進行維修保養(yǎng)，千萬別等到使用壞了的時候才進行維修。另外加強生產(chǎn)組織管理，盡可能平行作業(yè)，多總結(jié)多思考，進而形成一套適合玉溪的巖巷道快速掘進施工工藝。本人經(jīng)過多方咨詢其他類似礦井和查閱大量相關(guān)書籍，試著提出一些改進巖巷快速掘進的意見和方法，不妥之處望領(lǐng)導(dǎo)及各位同仁批評指正。