23051底抽巷掘進影響因素分析及優化

張國寶

（山西沁東能源有限公司東大煤礦，山西 沁水 048200）

1 工程概況

東大煤礦23051 底抽巷主要用于施工穿層鉆孔對23051 工作面及運輸順槽煤巷消突。巷道掘進層位為3#煤層下部粉砂巖，厚度為5.2～7.6 m，平均厚度6.3 m，巖石硬度系數為5.1，巷道頂板為細粒砂巖，細粒砂巖厚度為3.9～5.1 m，平均厚度4.5 m，硬度系數6.2。巷頂距離3#煤層法線距離11～14 m，巷道地質條件中等，層位較穩定，無較大地質構造。巷道為直墻半圓拱形斷面，斷面規格為寬×高=4.6 m×3.7 m，采用錨網索噴支護，噴漿厚度100 mm，采用兩掘一噴施工工藝。巷道凈斷面為14.8 m2，掘進斷面為15.8 m2。掘進期間采用YT-28 風動鑿巖機打眼爆破，P-60B耙斗裝巖機裝矸，帶式輸送機配合礦車運矸，月進尺為60～80 m，單進水平比其他礦井的同類巷道低，故對制約該巷掘進速度的因素進行分析及優化，以提高底抽巷單進水平。巷道頂底板柱狀見表1，巷道斷面見圖1。

表1 23051 底抽巷巖性綜合柱狀

圖1 23051 底抽巷施工斷面

2 制約底抽巷掘進速度因素分析

2.1 機械化程度低

巷道掘進機械化程度對巷道單進水平、員工勞動強度有直接影響，采用機械化程度較高的設備對快速掘進至關重要[1]。原施工方法中，采用YT-28 風動鑿巖機打眼時間長，員工勞動強度大，為完成單班施工循環，炮眼深度受限，直接導致班進尺較低；采用的MQB-85J錨桿鉆機因輸出功率較小，轉速較低，造成支護時間較長；采用P-60B耙斗式裝巖機裝巖效率低，出矸時間比較長。

2.2 運矸系統效率低

原運矸系統為P60 耙斗式裝巖機裝矸轉至皮帶運矸，皮帶運矸至巷道外車場內礦車接矸，礦車經采區軌道運輸上山、水平大巷、副井運輸至地面。該運輸系統存在的問題：一是礦車供應影響：耙斗式裝巖機出矸需爆破后及時出矸，出矸期間車場內需提前準備充足數量的礦車接矸，現場經常出現不能提前準備礦車或礦車供應不足導致不能及時出矸，直接影響迎頭掘進，平均每月影響合計2 天。二是耙斗式裝巖機移機影響：耙斗式裝巖機移機的耙斗行程為7～45 m[1-3]，超過行程需停掘移機，移機期間需將耙斗行程內矸石全部出完，然后進行兩幫支護、鋪設軌道、移耙斗式裝巖機、延伸皮帶等工作，每次移機需耗時3 天，每月需移機2 次，每月影響掘進6 天。

2.3 爆破工效低

23051 底抽巷原掘進方法為鉆爆法，采用正向裝藥一次起爆，炮眼孔徑為32 mm，斷面內共布置炮眼57 個。其中，掏槽眼6 個，眼深1.8 m，每孔裝藥量為4 卷（1.2 kg）；輔助眼19 個，眼深1.6 m，每孔裝藥量3 卷（0.9 kg）；周邊眼21 個，眼深1.6 m，每孔裝藥量2 卷（0.6 kg）；底眼9 個，眼深1.6 m，每孔裝藥量3 卷（0.9 kg）；爆破后有效進尺為1.4～1.6 m，殘眼深度0.2～0.4 m，炮眼利用率75%左右。單炮循環進度低，嚴重影響單進水平。斷面炮眼布置見圖2。

圖2 原鉆爆法炮眼布置

2.4 支護工藝落后

原炮掘工藝為兩掘一噴，即兩個爆破循環噴漿一次，每班完成一個爆破循環，每天完成一個掘進循環。

3 優化方案

3.1 掘進裝備優化

（1）采用CMJ2-17 液壓鉆車代替YT-28 風動鑿巖機。CMJ2-17 液壓鉆車打眼速度快，并能有效降低了員工勞動強度。

（2）采用MQT-130 錨桿鉆機代替MQB-85J錨桿鉆機。MQT-130 錨桿鉆機輸出功率及轉速均遠高于MQB-85J錨桿鉆機，能有效減少錨桿支護時間。

（3）采用ZCD-60R裝巖機代替P-60B耙斗式裝巖機。ZCD-60R裝巖機能夠對迎頭爆破出的矸石全斷面出矸，避免耙斗式裝巖機不能一次性全斷面出矸存在巷道幫部不能及時支護的情況[4-5]。由于ZCD-60R裝巖機可緊跟迎頭出矸，解決停掘移機影響掘進問題，每月可減少影響掘進時間6 天。裝備優化前后對比見表2。

表2 掘進裝備優化前后經濟對比

3.2 運矸系統優化

（1）改礦車運矸為皮帶運矸。在23051 底抽巷車場與采區膠帶運輸上山立交處施工車場溜矸眼，溜矸眼深度8 m，直徑2.5 m，將矸石直接從23051底抽巷皮帶運輸至溜矸眼，矸石經溜矸眼下放至采區主煤流系統，為避免煤矸混運影響煤質，制定分裝分運措施，徹底解決礦車運矸存在礦車供應不及時、數量不足影響掘進的問題。

（2）施工平巷矸石倉。為保證掘進迎頭爆破后能及時出矸，同時滿足煤矸分裝分運要求，在23051底抽巷合適位置施工平巷矸石倉。平巷矸石倉長度為40 m，深度為2 m，寬度為3 m，可容納矸石240 m3，可滿足3 個爆破班次的矸石存儲。施工平巷矸石倉后，迎頭爆破后可及時出矸，將矸石運輸至平巷矸石倉內，在礦井規定的皮帶運矸時間段內再利用平巷矸石倉外的P-60B耙斗式裝巖機將倉內矸石轉至皮帶外運。掘進裝備及運矸系統優化后設備配置見表3。

表3 優化后各工藝設備配置表

3.3 爆破工藝優化

（1）炸藥類型優化。因水膠炸藥爆破更為徹底，使用三級煤礦許用水膠炸藥替代乳化炸藥，采用水膠炸藥爆破后殘眼深度0.1～0.2 m，炮眼利用率達到87%。

（2）炮眼參數優化。一是水膠炸藥直徑35 mm，為滿足水膠炸藥使用，炮眼直徑由32 mm 變更為42 mm。二是為增大爆破自由面，將掏槽眼個數由6個增加至8 個。三是為提高單炮循環進度，掏槽眼深度由1.8 m 加深至2.5 m，每孔裝藥量為5 卷（1.5 kg），輔助眼深度由1.6 m 加深至2.3 m，每孔裝藥量為4 卷（1.2 kg），周邊眼深度由1.6 m 加深至2.3 m，每孔裝藥量為3 卷（0.9 kg），底眼深度由1.6 m 加深至2.3 m，每孔裝藥量為4 卷（1.2 kg）。優化后，單炮有效進尺為2.1～2.3 m，較原方案增加0.7 m。優化后炮眼布置見圖3。

圖3 優化后炮眼布置方案

（3）支護工藝優化。將兩掘一噴施工工藝調整為五掘一噴?？紤]23051 底抽巷服務時間短，將噴漿厚度100 mm 調整為30～50 mm 的薄噴方式，覆蓋錨桿及鋼筋網即可，薄噴有利于實現圍巖的快速噴漿封閉，以往掘進兩班（進尺3.2 m），噴厚100 mm需一班，調整為薄噴后，每班可噴漿長度約12 m。采用五掘一噴施工工藝后，每2 天可完成5 個爆破循環，日進尺為2.3×5÷2=5.7 m，每月僅設備檢修維護影響2 天，每月生產時間28 天，月進尺為5.7×28=159.6 m。

4 優化后效果分析

對各制約因素優化后，2020年8、9、10 三個月進尺統計結果：8月份總進尺156.6 m，平均日進尺5.6 m；9月份總進尺162.3 m，平均日進尺5.8 m；10月份總進尺168.5 m，平均日進尺6 m。三個月平均月進尺162.5 m，平均日進尺5.8 m，較優化前月進尺提高92.1 m，單進水平提高一倍以上，且機械化程度全面提高，員工勞動強度明顯降低，快速掘進效果顯著。

圖4 8、9、10月日均進尺統計

5 結語

通過分析23051 底抽巷制約快速掘進的各類因素，并對制約因素中掘進裝備、運矸系統、爆破參數以及支護工藝進行優化。通過提高機械化程度以降低勞動強度和提高掘進效率，優化排矸系統解決運輸瓶頸問題，優化爆破參數以提高單炮有效進尺，優化支護工藝提高循環進尺；優化后掘進影響時間由8 天減少至2 天，日進尺由3.2 m 增加至5.7 m，月進尺由70 m 提高至160 m，實現了23051 底抽巷快速掘進。