巖巷快速掘進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王曉明

（同煤集團(tuán)地煤公司青磁窯煤礦技術(shù)科，山西 大同037000）

引言

在井下巷掘進(jìn)工藝中，巖巷掘進(jìn)是最為復(fù)雜的一項(xiàng)工程，占整個(gè)井下掘進(jìn)的三成以上，掘進(jìn)的質(zhì)量也關(guān)系到整個(gè)礦產(chǎn)的生產(chǎn)，所以高效的巖巷掘進(jìn)也是礦場(chǎng)綜合效益的最重要的因素之一。所以對(duì)礦井巖巷掘進(jìn)進(jìn)行分析優(yōu)化具有一定的生產(chǎn)實(shí)際意義。本次主要對(duì)某礦井巖巷掘進(jìn)方案進(jìn)行討論，并通過優(yōu)化掘進(jìn)方案最終實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)[1]。某礦井回采面底板巖巷的巷道掘進(jìn)的上部每層距離范圍為1～15 m，并且煤層地質(zhì)條件為單斜，整體厚度范圍為2.8 m到7.2 m，傾斜角度平均為3.8°。另外，此礦井底的地質(zhì)巖性為灰砂質(zhì)泥巖，其中部分還有植物性化石，并在礦井的底下部找到赤鐵礦。某礦井的現(xiàn)場(chǎng)掘進(jìn)施工中的掘進(jìn)速度受到支護(hù)、作業(yè)流程、爆破設(shè)計(jì)參數(shù)、掘進(jìn)的設(shè)備型號(hào)、現(xiàn)場(chǎng)的工程管理質(zhì)量、氣候環(huán)境等影響，掘進(jìn)速度可以進(jìn)一步得到優(yōu)化。

1 快速掘進(jìn)影響因素分析

1.1 支護(hù)設(shè)計(jì)因素分析

某礦井巖巷為兩個(gè)部分，第一部分是瓦斯的排放部分，第二部分是巷道運(yùn)輸部分。瓦斯排放部分由于特殊性，它的服務(wù)周期很短，所以這部分的支護(hù)設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，如果進(jìn)行全面的支護(hù)，不僅浪費(fèi)成本，并且也會(huì)由于施工原因大大影響掘進(jìn)效率。在對(duì)兩部分進(jìn)行支護(hù)時(shí)，往往采用差異化支護(hù)，這樣可以高效安全地加快掘進(jìn)速度。

1.2 作業(yè)方式因素分析

某礦井的作業(yè)方式因素主要要考慮工序以及平行作業(yè)因素等，其中施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用三八方式來進(jìn)行作業(yè)，圖1為某礦井的采面底板巖巷的作業(yè)工序相關(guān)示意圖，圖中的第四工序?yàn)殄^桿鉆孔及炮眼鉆孔布設(shè)作業(yè)，迎頭炮眼的施工設(shè)備為氣腿式鑿巖機(jī)，此外，鉆孔施工的設(shè)備為鉆機(jī)。第五工序?yàn)槌鲈┕ぃ@種施工需要將全部的施工人員進(jìn)行撤離[2]。第六工序?yàn)橄锏老虏裤@孔以及錨桿孔作業(yè)。此外，施工需要進(jìn)行上網(wǎng)操作。以上施工中的錨桿孔以及炮眼等的布設(shè)不包含平行作業(yè)，其中平行作業(yè)的具體工序從圖1中可以看出。首先，第四工序的迎頭進(jìn)行打桿孔與炮眼等并與第五工序平行進(jìn)行。其次，第六工序的支護(hù)與第四工序可以平行進(jìn)行。最后，第六工序的打下部炮眼的同時(shí)也要進(jìn)行支護(hù)作業(yè)。

圖1 某礦井的采面底板巖巷的作業(yè)工序相關(guān)示意圖

1.3 掘進(jìn)設(shè)備因素分析

某礦井的掘進(jìn)設(shè)備的相關(guān)因素可以從三方面來進(jìn)行分析，第一方面為有關(guān)回采面掘進(jìn)作業(yè)工程周期比較長(zhǎng)，并且總工作耗時(shí)可以占整個(gè)掘進(jìn)工程的一半左右，所以要想提升裝巖的工作效率，可以應(yīng)用耙斗機(jī)來高效地完成裝巖作業(yè)。第二方面為掘進(jìn)時(shí)的氣動(dòng)鑿巖機(jī)可以進(jìn)行更換，因?yàn)檫@種設(shè)備受到氣動(dòng)的影響導(dǎo)致輸出效率不高，最終導(dǎo)致鉆速很小，整個(gè)作業(yè)效率也受到影響[3]，可以通過應(yīng)用若干鉆機(jī)同時(shí)工作來達(dá)到提高鉆孔速度的目的。第三方面為耙斗機(jī)與驅(qū)動(dòng)的皮帶機(jī)尾不能進(jìn)行移動(dòng)，這種方式導(dǎo)致耙斗機(jī)的運(yùn)移時(shí)間至少需要4班次，移動(dòng)緩慢，耗時(shí)長(zhǎng)，此外掘進(jìn)設(shè)備的高故障率也會(huì)進(jìn)一步延緩掘進(jìn)速度，從而影響整個(gè)施工效率。

2 巖巷快速掘進(jìn)方案優(yōu)化

2.1 進(jìn)行差異化支護(hù)

某礦井的地下煤礦開采施工，在井下設(shè)有大量的巷道，掘進(jìn)巷道施工需要消耗大量的材料、人力、物力。巷道的使用年限不僅與礦區(qū)的地質(zhì)條件相關(guān)，也與巷道的支護(hù)相關(guān)。為了確保礦井巷道安全穩(wěn)固，維護(hù)量小，成本小，必須要進(jìn)行差異化支護(hù)，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)礦井的高效高產(chǎn)[4]。某礦區(qū)的回采面巖巷斷面采用的形式為直墻半圓拱，底板抽放巷道采用鋼網(wǎng)支護(hù)幫頂方式。若將鋼網(wǎng)支護(hù)材料更換為硬質(zhì)塑料以及編織材料，這不僅減小了施工工作量并且也保證了部分巖體的松動(dòng)以及掉落。底板的運(yùn)輸巷應(yīng)用錨網(wǎng)支護(hù)方式，此外，該礦區(qū)由于地質(zhì)環(huán)境優(yōu)良，沒有進(jìn)行噴漿支護(hù)。其中，巷道頂板的布設(shè)數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行設(shè)定，并在掘進(jìn)灰?guī)r時(shí)采用錨索進(jìn)行支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)。

2.2 巖巷掘進(jìn)作業(yè)線優(yōu)化

巖巷掘進(jìn)作業(yè)線必須依照礦井的底板巖巷的實(shí)際井下地質(zhì)環(huán)境來制定，鑿巖機(jī)與耙斗式型號(hào)的選擇也是掘進(jìn)作業(yè)的關(guān)鍵[5]，必須要盡可能地配套大功率的膠帶運(yùn)輸機(jī)與振動(dòng)式錨桿鉆機(jī)，設(shè)備的選擇必須要通過實(shí)際調(diào)研論證來確定，包括巖巷液壓鉆車作業(yè)線、大功率巖巷掘進(jìn)機(jī)、鉆裝一體機(jī)、小型盾構(gòu)機(jī)等。這樣的配套設(shè)備才是完整的巖巷掘進(jìn)作業(yè)線，也是現(xiàn)代掘進(jìn)施工作業(yè)機(jī)械化高效連續(xù)的體現(xiàn)。

2.3 快速掘進(jìn)作業(yè)方式優(yōu)化

優(yōu)化某礦井采掘工作面底板巖巷掘進(jìn)作業(yè)方式后，采用同一車道段平行作業(yè)方式。具體的作業(yè)線優(yōu)化可以體現(xiàn)在以下四個(gè)方面。第一方面，結(jié)合工作面的實(shí)際情況，適當(dāng)?shù)靥岣吡藥r洞平行作業(yè)的質(zhì)量。當(dāng)該地區(qū)巖性良好時(shí)，巷道中的兩組錨桿會(huì)滯后于鏟斗裝載機(jī)進(jìn)行補(bǔ)正作業(yè)，而錨索則滯后迎頭10 m左右，鏟斗裝載機(jī)與機(jī)頭之間的距離不小于10 m，以確保排渣、操作與平頭作業(yè)同步進(jìn)行，因此可以進(jìn)行大型錨索的平頭鉆孔，排渣和錨桿錨固作業(yè)同時(shí)進(jìn)行。第二方面，調(diào)整操作程序。將底板巖石巷道掘進(jìn)施工的工作系統(tǒng)更改為三班制，以提高常規(guī)循環(huán)率。第三方面，提高各種過程的連接效率，以提高施工速度。礦區(qū)底巖巷道的開采段的斷面面積為14.3 m2，這需要配備四個(gè)或五個(gè)鉆機(jī)同時(shí)工作，所以務(wù)必要加強(qiáng)施工人員之間的合作，并通過提高施工人員的熟練度來減少單個(gè)工序時(shí)間。第四方面，減小巖巷耙斗式裝載機(jī)移動(dòng)時(shí)間。在礦區(qū)掘進(jìn)作業(yè)期間，耙式裝載機(jī)必須每30 m向前移動(dòng)一次，并且移動(dòng)機(jī)器的時(shí)間應(yīng)控制在2個(gè)班次內(nèi)。

某礦區(qū)的循環(huán)圖的循環(huán)周期為每天3次，每班都包含一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)。工藝流程為每天3個(gè)循環(huán)，即每班為1個(gè)正規(guī)循環(huán)；工藝流程為換班→敲幫問頂→打眼作業(yè)→爆破作業(yè)→支護(hù)作業(yè)→掛網(wǎng)作業(yè)→出矸作業(yè)→收尾作業(yè)。

3 優(yōu)化效果分析

通過對(duì)某礦區(qū)的回采面底板巖巷掘進(jìn)的方案進(jìn)行分析，并進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，在實(shí)際掘進(jìn)作業(yè)中已經(jīng)完成日進(jìn)6 m，單月掘進(jìn)總數(shù)超過160 m。優(yōu)化后的掘進(jìn)方案明顯提高了巷道掘進(jìn)速度以及整體效率，保障了礦井持續(xù)高效安全生產(chǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

在井下巷掘進(jìn)工藝中，巖巷掘進(jìn)是最為復(fù)雜的一項(xiàng)工程，占整個(gè)井下掘進(jìn)的三成以上，掘進(jìn)的質(zhì)量也關(guān)系到整個(gè)礦產(chǎn)的生產(chǎn)，所以高效的巖巷掘進(jìn)也是礦場(chǎng)綜合效益的最重要的因素之一。通過對(duì)某礦井施工工程的基礎(chǔ)影響因素的研究，對(duì)某礦井巖巷快速掘進(jìn)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化后的礦井在實(shí)際作業(yè)中日進(jìn)6 m，單月掘進(jìn)總數(shù)超過160 m，明顯提高了巷道掘進(jìn)速度以及整體施工效率，不僅保障了礦井持續(xù)高效安全地生產(chǎn)，也對(duì)井下安全持續(xù)生產(chǎn)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。