永安煤礦3210 底板巖巷掘進設備及工藝方案優化

賈 祥

（沁和能源集團有限公司永安煤礦， 山西 晉城 048205）

1 3210 工作面工程概況

沁和能源集團永安煤礦地處沁水縣嘉峰鎮永安標，井田面積3.858 km2，可采儲量 6 412.6 萬 t，設計生產能力45 萬t/a，當前主要開采3 號煤層。永安煤礦3210 大采高工作面位于井田東部，屬二迭統山西組下部3 號煤層。工作面設計走向長1 166 m、傾斜長300 m，面積約174 878 m2，3210 工作面煤層厚度為 2.65～7.34 m，平均厚度 5.49 m；煤層走向NE、傾向NW、煤層傾角7°～11°，平均傾角9°。3210 工作面底板巖巷斷面情況如圖1 所示。

圖1 3210 工作面底板巖巷斷面示意圖（單位：mm）

3210 工作面順槽底板巖巷斷面為半圓拱形，凈寬4.6 m，凈高3.7 m，凈面積17.02 m2，采用錨噴網聯合支護方式，采用Φ20 mm×2 200 mm 左旋螺紋鋼錨桿、樹脂藥卷錨固，錨桿間排距800 mm×800 mm，噴射混凝土強度等級C30。3210 工作面底板巖巷平均月進尺僅為113 m，小于同類巖巷的平均掘進速度。結合現場施工進行試驗，對該巖巷掘進過程中掘進設備、爆破參數、運輸線路等進行優化設計，有效提高了該巖巷掘進速度。

2 影響巖巷快速掘進的因素分析

巷道的掘進是一項綜合性施工工藝，單進水平受到很多因素影響，主要是從掘進機械化設備、爆破工藝、矸石運輸線路方面對影響3210 工作面底板巖巷快速掘進的因素進行分析。

2.1 掘進裝備機械化水平低

掘進裝備是實現巖巷快速掘進的基礎保障，根據巖巷的地質條件，確定合適的掘進裝備，可以有效提高巷道單進水平。3210 工作面底板巖巷原作業線設備：CMJHT 掘進液壓鉆車、P-30B 礦用耙斗裝巖機、MQT-85J 系列氣動幫錨桿機。實際掘進效果不佳，月掘進速度在45～100 m 之間，平均月掘進速度為65 m。掘進裝備已成為影響3210 大采高工作面底板巖巷的關鍵因素，同時耙斗裝巖機也已被禁止在高瓦斯礦井中使用。從以上情況出發，必須對原掘進設備及工藝進行優化[1-3]。

2.2 爆破工藝差

3210 工作面底板巖巷原爆破工藝采用直眼掏槽形式，巷道炮眼布置情況如圖2 所示。

該爆破工藝方案實施后，爆破后留有殘孔達31%，炮眼利用率僅為69%，單循環平均進尺量約為1.3～1.4 m，成了制約該巷道快速掘進的另一因素。

2.3 矸石運輸效率低

對3210 工作面底板巖巷掘進作業線技術分析后發現，矸石運輸效率低下。采用P-30B 礦用耙斗裝巖機、ZCY-60 型全液壓側卸式裝巖機、配套1.5 t礦車出巖的排矸方式。爆破作業前，將巷道掘進頭中2/3 的矸石運出，因礦車運輸能力不足，每月近6～8個工作日會因礦車運輸能力不足而停止作業，耙斗機每次施工30～40 m，將破碎矸石運完才能前移。這種間斷不連續的排矸方式也成為了制約3210 工作面底板巖巷快速掘進的因素。

圖2 巷道炮眼布置示意圖（單位：mm）

3 巷道快速掘進優化方案設計

3.1 掘進設備優化

對3210 工作面底板巖巷掘進作業線掘進設備進行分析后，結合該工作面底板巖巷的地質條件，優化調整了相應的掘進設備，主要有CMJ2-18 履帶式全液壓鉆車、ZCD100R 側卸式裝巖機、ZMC-75 型鏟斗式裝巖機配帶式轉載機等，優化后的掘進機械化作業線配套設備情況如表1 所示。

表1 優化后掘進機械化作業線配套設備情況表

掘進作業時，采用CMJ2-18 履帶式全液壓鉆車鉆孔作業，鑿巖速度可達0.8～2 m/min，鉆孔作業工序的效率大大提高。采用ZMC-75 型鏟斗式裝巖機配帶式轉載機實現連續作業，出完一個循環矸石時間為30 min，對比以往作業時間縮短60%。ZCD100R側卸式裝巖機對兩邊角的矸石進行有效清掃。掘進機械化設備及工藝優化后，打眼、爆破、支護、排矸等環節進行了調整，有效提高了作業的自動化，勞動強度進一步降低。

3.2 爆破參數優化

對3210 工作面底板巖巷的爆破參數進行優化，提高炮眼的利用率。炮眼布置如圖3 所示，爆破參數優化方案如下：起爆設計為二段：第一段為1～4 孔號同時起爆，第二段為4～8 孔號同時起爆；掏槽眼從6個調整為8 個，深度從1.5 m 調整為2.5 m，孔徑從32 mm 調整為40 mm，裝藥的藥徑從27 mm 藥卷調整為35mm 藥卷；周邊眼從30 個調整為21 個，深度從2.0m調整為2.3 m，孔徑為32 mm 保持不變，裝藥從27 mm藥卷調整為35 mm 藥卷。底眼9 個，深度2.3 m，孔徑為32 mm，裝藥為藥徑35 mm 藥卷；輔助眼，深度從2.0 m 調整為2.3 m，孔徑從32 mm 調整為42 mm，裝藥從27 mm 藥卷調整為35 mm 藥卷。

圖3 優化后的炮眼布置示意圖（單位：mm）

優化方案增加了掏槽眼的孔徑和炮眼的直徑，裝藥量降低，但爆破效果顯著提高。從現場工業性試驗可知，采用優化后的爆破參數方案，炸藥用量從2.8 kg/m 下將到1.73 kg/m；單班循環進尺量從1.3 m提高到1.9 m，炮眼利用率從69%提高到92%。

3.3 出矸線路優化設計

出矸線路優化設計方案如下：

1）在掘進頭后面巷道挖一個矸石倉對矸石進行存放；

2）對矸石倉的矸石進行運輸，緩解矸石積壓及運輸壓力。該優化方案實現了破巖、裝巖、運巖一體化，取消了對礦車、耙斗機的依賴，提高了出巖效率。

優化后每天出矸68 車，每班出矸23 車，矸石運輸效率得到大幅度提升。

4 應用效果分析

3210 大采高工作面底板巖巷快速掘進方案制定后，于2020 年6 月、7 月和8 月進行了三個月的工業性試驗，日均進尺量統計結果如圖4 所示。從統計結果可知，6 月份日平均進尺為4.9 m，7 月份日平均進尺為5.4 m，8 月份日平均進尺為5.7 m，三個月的月平均進尺為150.2 m，對比以往月平均進尺提高了32.9%左右，掘進效率大大提高，快速掘進優化方案效果顯著[4-6]。

5 結論

針對永安煤礦3210 工作面底板巖巷掘進效率低，平均月進尺僅為113 m 的情況，對該巷道快速掘進方案進行優化設計。通過對影響該巷道快速掘進因素的分析，從掘進設備、爆破參數、出矸線路三個方面對快速掘進方案進行了優化。該方案在2020 年6 月、7 月和8 月進行了三個月的工業性試驗，結果表明：月平均進尺達150.2 m，月平均進尺提高了32.9%，掘進效率大大提高。

圖4 三個月日均進尺量統計結果圖