堅硬巖層巷道快速掘進技術研究

裴 浩

（山西汾西正佳煤業有限責任公司， 山西 臨汾 041300）

引言

為了提高礦井煤炭開采效率，應盡量將巷道布置在煤層中，但是隨著時間增加對于某些使用時限較長的巷道，若布置在煤層中后期圍巖變形量較大，會給巷道正常使用帶來影響[1-2]。為此，對于服務時間較長的采區集中軌道、運輸等巷道一般布置在穩定巖層中。巖巷在巖層中掘進雖然穩定性較好，但是受到巖層堅硬影響，巷道掘進速度一般較慢，掘進速度直接影響礦井開拓速度[3-4]。現階段礦井巖巷多是采用炮掘方式，通過鑿巖機施工炮眼，現場使用過程中存在作業環境差、勞動強度高以及掘進效率低下等問題[5]。為了實現巖巷快速掘進，山西某礦引進礦用液壓鉆車（型號CMJ2-35）進行炮眼施工，顯著提高了炮眼鉆進效率，從而為巖巷快速掘進創造良好條件。

1 工程概況

山西某礦采用斜井+平硐開拓方式，設計生產能力為500 萬t/年，現階段開拓主要集中在21 采區。21 采區圈定煤炭1 900 萬t，設計服務時間8 年，現正常掘進采區軌道運輸巷。軌道運輸巷設計斷面為直墻半圓拱形，凈面積20.1 m2(凈寬、凈高分別為5.4 m、4.3 m)。巷道在回采的6 號煤層頂板上覆25 m的穩定砂巖層中掘進，掘進范圍內巖層賦存穩定。根據已有地質資料顯示，軌道運輸巷在掘進期間預計會揭露多條落差在1～3 m 的逆斷層，斷層附近巖體裂隙發育，會給巷道掘進及圍巖控制帶來一定影響。

軌道運輸巷圍巖采用錨網索噴支護方式，采用的錨桿型號為MSGLW-500（Φ22 mm×2 500 mm）的螺紋鋼錨桿，按照700 mm×700 mm 間排距布置；使用的錨索為鋼絞線（Φ21.8 mm×7 100 mm），按照1 500 mm×800 mm 間排距布置；整個巷道斷面（底板除外）鋪設規格1 500 mm×1 200 mm×700 mm 鋼筋網片；在巷道表面噴層一層厚度120 mm、強度為C25 混凝土層。

2 巷道快速掘進施工方案

通過對以往巖巷掘進工藝進行分析，發現炮眼布置多、炮眼施工速度慢、占用時間長等是制約巷道掘進效率的一個重要因素。為此，礦井在2020 年9月份引進礦用液壓鉆車（型號CMJ2-35）進行炮眼施工。具體礦用液壓鉆車技術規格參數見表1 所示。

表1 液壓鉆車技術規格參數

巷道使用炮掘方式掘進，通過礦用液壓鉆車進行炮眼施工，使用長度3 090 mm 鉆桿并配合Φ42 mm 鉆頭施工炮眼。爆破后產生的矸石使用履帶挖掘機、帶式輸送機（DSJ80/40/2×55）外運。

根據巷道掘進斷面，施工的掏槽眼深度均為2 500 mm，周邊眼及輔助眼深度均為2 300 mm，具體炮眼布置見圖1 所示。炮眼內炸藥均采用正向裝藥方式，全斷面裝藥、一次爆破，具體爆破參數見下頁表2 所示。

表2 爆破參數

圖1 掘進迎頭炮眼布置示意圖（尺寸單位：mm）

3 巷道掘進效率分析

1）鑿巖效率。以往巖巷掘進時使用YT-28 鑿巖機施工，由于該鑿巖機以井下壓風作為動力源，現場使用過程中受壓風風壓影響，產生的沖擊能小，整體鑿巖效率不高；使用礦用液壓鉆車后鑿巖速度可依據掘進巖層硬度調整。現場測試發現，使用YT-28鑿巖機施工炮眼時耗時普遍在5～15 min，掘進迎頭施工完的142 個炮眼耗時至少4 h；使用礦用液壓鉆車時，炮眼施工耗時約為1.5 min、一般均在2 min 之內，迎頭布置的142 個炮眼施工耗時控制在1.6 h 左右。使用礦用液壓鉆車較傳統的YT-28 鑿巖機炮眼鑿巖效率提高60%以上，大幅縮小了鑿巖時間，為后續排矸、支護等贏取了時間。

2）炮眼質量。當掘進巖層硬度較大時，使用YT-28 鑿巖機受到沖擊能、人工掌握炮眼深度以及角度等限制，在炮眼施工初期鉆機穩定性不強，往往炮眼深度、角度等無法滿足設計要求，炮眼整體質量較差；礦用液壓鉆車具有更大的功率，炮眼鉆進深度、間距以及角度等均可嚴格按照設計進行施工，炮眼質量更佳，同時作業人員僅控制液壓系統即可實現炮眼施工，勞動強度更低。礦用液壓鉆車施工的炮眼爆破后巷道斷面更為平整，有利于下循環炮眼施工。

3）掘進進尺。以往巖巷掘進使用YT28 鑿巖機時巷道掘進進尺平均為70.8 m/月，而使用礦用液壓鉆車后巷道掘進進尺可穩定到105 m/月，掘進進尺整體提高48.3%；同時巷道掘機迎頭粉塵、噪聲等對作業人員影響更小，以往采用YT28 鑿巖機時作業人員手動控制鑿巖機，不僅粉塵產生量大而且產生的粉塵、噪聲會直接影響作業人員身體健康；使用礦用液壓鉆車后，工作人員由于通過液壓系統控制，在鑿巖過程可采取適當的粉塵、噪聲治理措施，從而降低粉塵、噪聲等影響，工作環境質量有所改善。

4 結語

巖巷一般采用炮掘方式掘進，特別是巷道掘進斷面較大時掘進迎頭需要布置多個炮眼，以往采用YT28 鑿巖機受到設備施工功率、操作方式等限制，炮眼施工耗時較長，成為制約巷道掘進效率的一個重要方面。為此，提出使用礦用液壓鉆車代替用YT28 鑿巖機進行炮眼施工。礦用液壓鉆車施工單個炮眼耗時一般在1.5 min，施工效率較YT28 鑿巖機提高60%以上。

根據21 采區集中軌道運輸巷實際條件，對掘進炮眼布置參數以及施工方案等進行設計，現場應用后，巷道掘進進尺可達到105 m/月，掘進效率提升48.3%以上，取得較好應用成果。