巖巷綜掘快速掘進(jìn)線在九龍礦的應(yīng)用研究

王兆瑞，代衛(wèi)林

（冀中能源峰峰集團(tuán)寶峰礦業(yè)有限公司 九龍礦，河北 邯鄲 056200）

0 引言

隨著我國(guó)綜采機(jī)械化的不斷發(fā)展，綜采工作面開采推進(jìn)速度不斷提高，然而巖巷掘進(jìn)機(jī)械化水平普遍較低，掘進(jìn)效率低、速度慢，礦井采掘銜接緊張矛盾日益凸顯[1]。如何布置巖巷快速掘進(jìn)線，是保證礦井銜接有序、穩(wěn)產(chǎn)高效的關(guān)鍵。我國(guó)巖巷掘進(jìn)主要采用鉆爆法與機(jī)掘法。鉆爆法機(jī)械化作業(yè)線分為2 類：以氣腿式鑿巖機(jī)、耙斗式裝巖機(jī)為主，巖巷月進(jìn)尺一般為60 m；以氣腿式鑿巖機(jī)、挖掘式或側(cè)卸式裝巖機(jī)為主，巖巷月進(jìn)尺一般為90 m[2]。九龍礦巖巷掘進(jìn)大部分以第二種鉆爆法為主，通過(guò)不斷改進(jìn)爆破、裝載工藝，巖巷月進(jìn)達(dá)到120 m，但仍未滿足九龍礦采掘銜接緊張的局面。機(jī)掘法以懸臂式掘進(jìn)機(jī)為主，輔以轉(zhuǎn)載機(jī)、帶式輸送機(jī)聯(lián)合運(yùn)輸。相較于鉆爆法，機(jī)掘法機(jī)械化程度進(jìn)一步提高，沒有鉆眼、放炮等繁瑣工序，且破、裝、運(yùn)能夠同時(shí)作業(yè)，施工工序簡(jiǎn)單，循環(huán)作業(yè)時(shí)間短，設(shè)備開機(jī)率高可連續(xù)作業(yè)，沒有爆破環(huán)節(jié)，工作更為安全。國(guó)內(nèi)機(jī)掘法多用于煤巷，九龍礦煤巷掘進(jìn)月進(jìn)尺已達(dá)到350 m。機(jī)掘法在巖巷應(yīng)用成功案例較少，在九龍礦成立巖巷綜掘快速掘進(jìn)線是一次有益嘗試。

1 概況

15249S 頂抽巷位于九龍礦北五采區(qū)下部，巷道設(shè)計(jì)標(biāo)高-772—-791 m，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度772 m，半圓拱型全巖斷面，凈寬×凈高=4 200 mm×3 000 mm，主要用于15249S 工作面回采期間的抽采瓦斯。15249S 工作面除布置上順槽、下順槽構(gòu)成生產(chǎn)系統(tǒng)外，又布置了底抽巷、頂抽巷，用于防治煤層瓦斯。底抽巷為巖巷，巷道規(guī)格與頂抽巷規(guī)格相同，已經(jīng)掘進(jìn)完成，月度進(jìn)尺記錄為110 m。上、下順槽為2 條煤巷，凈寬×凈高=4 600 mm×3 500 mm，根據(jù)九龍礦煤巷的掘進(jìn)水平，可以達(dá)到月進(jìn)300 m。九龍礦巖巷掘進(jìn)速度小于煤巷掘進(jìn)速度，頂抽巷與上、下順槽開口掘進(jìn)的起始時(shí)間相差不到1 個(gè)月，根據(jù)礦計(jì)劃，頂抽巷必須保證平均月進(jìn)不低于150 m，才能保證工作面的正常銜接。如何提高巖巷掘進(jìn)進(jìn)尺是15249S 工作面能否按時(shí)銜接的關(guān)鍵。

2 巖巷快速掘進(jìn)制約因素

2.1 地質(zhì)影響

巖巷掘進(jìn)受巷道圍巖性質(zhì)影響較大。15249S頂抽巷主要用于15249S 工作面的瓦斯抽采，合理層位為工作面上方的25～40 m，在此范圍內(nèi)，巖性多為砂巖，普氏硬度系數(shù)為7.6，即單向極限抗壓強(qiáng)度值為76 MPa。EBZ-160（A）型掘進(jìn)機(jī)的最大切割巖石抗壓強(qiáng)度為70 MPa，即使用綜掘機(jī)截割普氏硬度系數(shù)大于7 的巖石時(shí)，掘進(jìn)機(jī)處于高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，截割效率低，截割部的截齒、綜掘機(jī)刮板鏈損耗增加，對(duì)設(shè)備的維護(hù)等帶來(lái)很大壓力，掘進(jìn)速度難以提高。

2.2 機(jī)械、設(shè)備影響

巖巷掘進(jìn)，主要工序?yàn)椤捌啤⒀b、運(yùn)、支”。機(jī)械、設(shè)備水平的提升，不斷優(yōu)化“破、裝、運(yùn)、支”環(huán)節(jié)，從而提高巷道掘進(jìn)速度。鉆爆法機(jī)械化作業(yè)線為氣腿式鑿巖機(jī)+耙斗式裝巖機(jī)+礦車的作業(yè)線升級(jí)為氣腿式鑿巖機(jī)+挖掘式或側(cè)卸式裝巖機(jī)+刮板輸送機(jī)的作業(yè)線。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，尤其是運(yùn)輸環(huán)節(jié)多部設(shè)備配合，一旦設(shè)備發(fā)生故障，直接影響生產(chǎn)掘進(jìn)。巖巷掘進(jìn)設(shè)備的高故障率，發(fā)揮不了設(shè)備的最大機(jī)械效能，制約著巷道的掘進(jìn)速度。

2.3 粉塵影響

巷道使用綜掘機(jī)，比之煤巷，巖巷更容易產(chǎn)生粉塵，且危害更大。粉塵嚴(yán)重危害工人的生命健康，加速機(jī)械磨損，降低巷道內(nèi)的能見度，影響掘進(jìn)速度。

3 巖巷綜掘快速掘進(jìn)的施工優(yōu)化

3.1 優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)

為積極探尋綜掘機(jī)掘進(jìn)的合適層位，在15249S 上順槽打設(shè)4 個(gè)超前探孔進(jìn)行取芯探測(cè)。根據(jù)探測(cè)結(jié)果繪制15249S 頂抽巷預(yù)想地質(zhì)剖面圖（圖1），2 號(hào)煤頂板往上26～29 m 處1 號(hào)煤層位巖性適合綜掘機(jī)掘進(jìn)。4 月14 日開始按+14°起坡穿層掘進(jìn)，直到5 月16 日，巷道頂板掘至1 號(hào)煤頂層位。

圖1 15249S 頂抽巷預(yù)想地質(zhì)剖面圖Fig.1 Geological profile of 15249s top-pumping roadway

不斷優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)。在巷道掘至23 點(diǎn)前15.8 m 時(shí)，巷道頂板為平均厚度4 m 的細(xì)砂巖，普氏硬度系數(shù)為8.5。對(duì)此，優(yōu)化支護(hù)：巷道排間距由800 mm×800 mm 改為1 500 mm×1 200 mm，并重新設(shè)計(jì)金屬網(wǎng)規(guī)格，長(zhǎng)×寬由1 500 mm×1 000 mm 改為1 400 mm×1 700 mm，滿足大排距巷道支護(hù)要求。在巷道掘至41 點(diǎn)前19.5 m 時(shí)，巷道頂板變?yōu)樯百|(zhì)泥巖，為保證頂板安全，再一次優(yōu)化巷道支護(hù)：頂部打設(shè)4 根錨索排間距為900 mm×1 000 mm，錨桿排間距為900 mm×900 mm。總體上，既滿足頂板支護(hù)質(zhì)量要求，又減輕了巷道支護(hù)，提高了掘進(jìn)速度。第二次優(yōu)化設(shè)計(jì)后支護(hù)斷面，如圖2所示。

圖2 15249S 頂抽巷支護(hù)斷面示意Fig.2 Support section of 15249s top-pumping roadway

3.2 優(yōu)化作業(yè)生產(chǎn)線

九龍礦成立的快速掘進(jìn)線為懸臂式掘進(jìn)機(jī)+橋式膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)+可伸縮膠帶輸送機(jī)[4]。BZ-160（A）加強(qiáng)型巖巷掘進(jìn)機(jī)，最大切割巖石抗壓強(qiáng)度為70 MPa，可以輕松勝任巖石普氏系數(shù)f＜7 巖體切割任務(wù)。橋式轉(zhuǎn)載機(jī)配合可伸縮膠帶輸送機(jī)，代替了巖巷每隔50 m 就要加鋪一套設(shè)備的刮板輸送機(jī)，在巷道不斷掘進(jìn)過(guò)程中，減少了設(shè)備數(shù)量。同時(shí)膠帶輸送機(jī)相比于刮板輸送機(jī)易于維護(hù)，在出砟過(guò)程中沒有卡鏈、斷鏈等影響，設(shè)備故障低，開機(jī)率高[5]。

優(yōu)化生產(chǎn)作業(yè)線后，與鉆爆法相比，工序簡(jiǎn)單，割、裝、運(yùn)全部機(jī)械化操作，可以平行作業(yè)，日進(jìn)尺由3.2 m 提高到7 m，每天用工減少4 人，工效相對(duì)提高了140%，實(shí)現(xiàn)了減人提效。巖巷機(jī)掘與鉆爆法的工效比較見表1。

表1 巖巷機(jī)掘與鉆爆法的工效比較Table 1 Comparison of work efficiency between mechanical driving and blasting in rock roadway

3.3 改善作業(yè)環(huán)境

配備KCG-450D 干式除塵器。除塵器風(fēng)筒布置在巷道迎頭3 m 范圍內(nèi)，打開除塵器后，迎頭形成負(fù)壓，在距掘進(jìn)工作面15 m 處截?cái)囡L(fēng)機(jī)風(fēng)筒，迎頭負(fù)壓即保證了巷道迎頭的供風(fēng)，又達(dá)到了除塵的目的。除塵器額定處理風(fēng)量300 m3/min，頂抽巷掘進(jìn)期間所需風(fēng)量為270 m3/min，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，總除塵效率達(dá)到90%以上。除塵器降低了巷道內(nèi)的粉塵濃度，實(shí)現(xiàn)高效控塵，降低了粉塵對(duì)設(shè)備的影響，同時(shí)提高破巖時(shí)的能見度，有助于巖巷的快速掘進(jìn)。

3.4 加強(qiáng)施工管理

針對(duì)新工藝、新設(shè)備，加強(qiáng)對(duì)作業(yè)人員的崗前培訓(xùn)，使作業(yè)人員掌握工藝流程，并熟練操作設(shè)備。加強(qiáng)施工過(guò)程管理，嚴(yán)格執(zhí)行掘進(jìn)單位的各項(xiàng)管理制度，現(xiàn)場(chǎng)交接班、安全確認(rèn)、質(zhì)量驗(yàn)收、成本管控、設(shè)備維修等。尤其是設(shè)備維修管理，建立設(shè)備維修臺(tái)賬，定期維護(hù)保養(yǎng)。針對(duì)巖巷破砟易磨壞截割部底座的情況，三班檢查截割部截齒磨損情況，及時(shí)更換損壞截齒，確保設(shè)備完好，最終保證正規(guī)循環(huán)。

4 結(jié)語(yǔ)

懸臂式掘進(jìn)機(jī)+橋式膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)+可伸縮膠帶輸送機(jī)配備除塵器的機(jī)械化作業(yè)線，在九龍礦巖巷首次應(yīng)用，克服了巷道斷面巖石硬度高、地質(zhì)條件極復(fù)雜等因素，實(shí)現(xiàn)了巷道13 m2全巖斷面月進(jìn)208 m。該技術(shù)的成功應(yīng)用，得益于設(shè)備升級(jí)、地質(zhì)勘探、巖層挑選、支護(hù)優(yōu)化，探索出了九龍礦巖巷綜掘快速掘進(jìn)的新途徑。