巖巷快速施工技術在宏陽煤礦的應用研究

朱 丹，王景濤

（山東宏陽礦業有限公司，山東 嘉祥272400）

目前，我國煤礦巷道掘進大多以鉆爆法為主，形成了以氣腿鉆機，全液壓鉆機，耙巖機為主要設備的工作線，我國部分煤礦采用懸臂掘進機為主要設備。然而在我國很多煤礦中應用的以懸臂式掘進機為主要設備的掘進方法，但最終效果卻不理想，巖巷掘進保持在每月80m 左右。同時，近年來隨著綜掘機和掘錨一體機的發展，煤巷施工速度明顯提高，工人勞動強度大幅降低。然而巖巷速度一直沒有較大提高，主要是鑿巖設備配套和施工工藝需要改進。本文以宏陽煤礦東翼軌道大巷、東翼膠帶大巷為工程背景，對巖巷快速施工技術進行研究。

1 工程概況及地質條件

宏陽煤礦現生產任務為兩條東翼大巷的掘進，計劃2021 年將開拓大巷掘進至3 煤位置，兩條大巷總計約1 萬m，年度掘進進尺不小于3 925m。若采用耙裝機配合人工打眼放炮的方式進行掘進，單月平均進尺約80m，無法完成實現掘進生產任務及開拓至東部采區的預期目標。

根據勘探資料顯示，東翼軌道大巷上平巷以里整體地質條件較簡單，在巷道掘進范圍內將穿過褶曲構造董王莊背斜，軸向北北西，延展長度約3km，向北傾伏。幅度約40m，跨度約1.5km，兩翼傾角約3°，巷道前掘區域煤巖層傾角-2°～10°。

根據附近巷道揭露地質情況及勘探資料顯示，東翼軌道大巷上平巷以里，掘進可能會揭露4 條斷層，為SF9，落差0～7m；FD38，落差0～3m；FD34，落差0～5m；FD43，落差0～3m。斷層遇斷層時會對巷道掘進施工造成一定影響。

2 施工設備配套改進

2.1 快速掘進裝備

目前煤礦巖巷掘進過程中，設備成為制約掘進速度的最大問題，提高巖巷掘進的機械化程度，是實現巖巷快速掘進的有效途徑。

1） 引進CMJ2-35 履帶式雙臂鑿巖臺車配合B38mm 釬桿、Φ43mm 柱齒鉆頭施工炮眼，代替原YT-27 型氣腿式鑿巖機。鑿巖臺車具有以下優點：①液壓鑿巖機鑿巖硬度高，速度快，極大縮減了施工炮眼及正規循環時間；②液壓鉆臂轉動靈活且具有很好的穩定性，可按照炮眼角度、深度、間距快速準確定位，不需人工進行校準，鑿巖爆破后巷道巷道尺寸和表面規整；③由于液壓鑿巖不必排除廢氣，沒有廢氣所夾雜的油污造成的對環境的污染，提高工作面可見度，改善施工作業環境。

2）引進LWLX-120 履帶挖掘式裝載機，代替原P-90B 型耙矸機。履帶挖掘式裝載機靠履帶推進挖取巖石送入自身刮板輸送機，刮板輸送機從尾部將巖石送入裝載機二運，然后送入膠帶輸送機。挖掘式裝載機具有以下優點：①推進力大，扒取范圍廣，可以全斷面裝巖，不留死角，不需人工輔助清理工作面；②采用先導閥控制，操作輕松簡便，性能可靠；③裝巖速度快，減少挪移設備時間，也極大減少了正規循環時間。

3）改進MYT-120/320C 液壓錨桿鉆機。目前液壓錨桿鉆機在部分煤礦已得到廣泛應用，但宏陽煤礦巷道掘進速度較快，液壓錨桿鉆機的液壓泵及饋電開關需頻繁挪移，因設備較笨重，人工挪移困難，制約著巖巷的掘進速度。針對這些問題提出了有效的解決方案：①液壓錨桿鉆機、液壓泵及液壓開關安裝在履帶挖掘式裝載機上，并安裝防護板；②掘進放炮后履帶挖掘式裝載機出矸與迎頭支護平行作業。這樣既提高了設備使用效率，減少工人勞動強度，又避免人工抬運大型設備帶來的風險，保證施工安全。

2.2 應用效果分析

宏陽煤礦經過多方考察對比、研究，確定使用CMJ2-35 型履帶式雙臂鑿巖臺車、LWLX-120 履帶挖掘式裝載機、液壓錨桿鉆機相配合的炮掘施工。履帶式鑿巖臺車采用液壓雙鉆臂，臺車鑿巖效率高，速度快，是傳統人工風鉆打眼效率的兩倍以上。現巷道迎頭灰巖約占全斷面的1/2，使用臺車施工65 個炮眼時間為1.5h，比3 臺人工風鉆打眼時間節約3.5～4.5h，大大提高施工效率。同時，臺車打眼作業環境相對安全、良好。

履帶挖掘式裝載機出矸效率高、挖裝范圍廣、全斷面裝巖、操作便捷、減少工人勞動強度，相比耙裝機出矸減少了清理余矸，挪移設備所占用的時間。區隊通過控制爆破效果，實現平行作業，實際履帶挖掘式裝載出矸占用循環時間約50min。

經過實踐，履帶式雙臂鑿巖臺車、挖掘式裝載、液壓錨桿鉆機配合施工取得較好的效果，宏陽煤礦東翼軌道大巷單炮循環進尺可到達2.7m，單月進尺可達到160m，以后還有可上升空間，為宏陽煤礦下一步開采3 煤奠定了良好的基礎。

同時相比傳統掘進方式提前2 年到達東部采區，提前創造經濟效益，為集團公司以后的發展打下良好的基礎。

3 施工工藝改進

3.1 施工工藝

1）工藝流程。對傳統施工技術進行細化、優化、科學組織，盡可能安排平行操作。技術人員進行現場跟進，對各工序銜接做好優化，解決窩工情況，并測試優化后工序的耗時情況。經試驗測試后，可以將正規循環詳細分為：打眼→連線裝藥→爆破→支護頂部（出矸）→初噴→支護幫部→初噴,而此“七工序”則為1 個小循環。

2）勞動組織。傳統“三八”操作體系改進為“四八”交叉并行操作體系。在基于原有3 個班上，在添加1 個噴漿班，然后三個掘進班執行“三八”體系，再由各掘進班完成1 個小循環。噴漿班不再獨占用時間，需與十字頭班平行操作。而這一操作模式的勞動組織形式，也就是“四八”交叉平行操作體系。交叉掘進班在掘進時，應在排矸機前實施，而排矸機后由噴漿班重新噴入巷道。

3）作業方式。將“一掘一錨,二掘一噴”傳統掘進方式改為“一掘一初噴+ 復噴”，其中3 個掘進班，而噴漿班應與掘進班交叉進行施工，并且錨噴巷道噴射混凝土工序需和掘進工序施行平行作業，增加噴漿機, 工作面初噴和履帶挖掘式轉載機后成巷施工同時進行。

3.2 爆破技術

實施爆破技術，不僅可以提升傳統巖巷掘進技術，并且也能使生產逐漸由傳統臺階法施工中，以及淺孔多循環框架內釋放出來，故而既能改善單循環進尺，也可以使循環次數、輔助作業時間得到有效降低。并且，經過不斷地試驗、勘探、改進，能夠很好地使不同巖性內深孔爆破技術所用到的爆破參數得以全面了解，比如炮孔布置、深度、裝藥量、封泥長度等，從而使"抽炮"等常見問題能得到很好解決。同時，還能使巖巷光爆的成型質量得到很大提高，其中炮眼的利用率則由之前85%提升了10%。另外，單循環進尺也能增加為0.3～0.7m，若每月按60 個循環計算，那么每月巖巷進尺可增加30m 以上。

3.3 雙循環作業法

應堅持正規的循環運行，利用“雙循環操作法”，小周期為大周期創造條件，大周期為小周期打好基礎，大周期影響小周期，兩者相輔相成。“雙循環操作法”除了讓掘進可以持續且良性進行推進外，也能讓小周期正規循環率達到90%以上，大周期循環率可達95%以上。

1）小周期。本次“七道工序”為完成小周期，小周期進尺2.0～2.4m；每天完成3 個小周期，共計6.0～7.2m。進尺小循環拱每排打頂錨7 個，兩側每排打4 個幫錨（爆破前打幫錨）。

2）大周期。基于掘進班掘進小周期良性推進的積極配合下,噴漿班每5 天則可以完成“鋪道、復噴成巷”為1 個大周期，其中大周期的進尺則為50～70m。

3.4 快速掘進工藝分析

以下表1 種體現的為近些年來，所應用的普通鉆爆法、中深孔爆破及快速掘進施工工藝的技術參數對照表，其中每月工作日按26 天計算。

表1 相關技術參數對照

通過對比三類施工方法、組織形式等，可得出結論為：

1）通過應用深孔爆破技術，最終效果不但有助于提高單次循環進尺，并且也能使循環次數、輔助作業時間很好降低。

2）傳統施工技術由“二掘一噴”改進為“一掘一初噴+復噴”，并且每班添加1 個掘進小循環，其效果不但能增加掘進環數，而這也是快速掘進實現的關鍵所在。

3）“四八”交叉平行作業制、雙循環作業法等新技術、新工藝的應用以及精細化管理,是實現快速掘進的關鍵。

4）堅持正規循環作業是快速掘進的重要保障。就施工管理而言，其重點在于確保掘進班的正規循環，以及提升正規循環率。若想正規循環得以保證，首先在于各種配套設備必須具有備用，只有這樣才能在設備損壞后，及時進行修復或更換；其次，調動員工積極性，能讓不同時間進入工作員工，充分進行搶循環。因此，必須以正規循環為中心，全面提高掘進、幾點、運輸、通風的組織及管理。

4 結 論

綜上所知，在普通炮掘法的基礎上，將快速掘進裝備及施工工藝應用于巖巷掘進，在確保其安全和質量的條件下，能夠最大限度地完成快速掘進成巷，同時，經過不斷地改進" 實踐- 總結- 改進"，使得該技術在宏陽煤礦東翼大巷的開拓施工過程中也得到了很好的實踐及推廣，由之前的月單進80m 增加到了160m，且平均每月進尺可以達到150m。由此可見，這一項技術大大提升了普通炮掘法的掘進速度與單進水平，并且使得礦井采掘關系的緊張度也得到了有效緩解，可見這對于保障礦井高產、高效有著至關重要意義。