巖巷快速掘進技術的探索及應用

張冠華

（冀中能源股份有限公司 邢東礦，河北 邢臺 054000）

0 引 言

巖巷掘進施工是煤礦布置采區巷道的重要組成部分，而長期以來，我國巖巷掘進設備落后、工藝落后、機械化程度低。制約巖巷掘進施工的主要因素是鑿巖、裝運、支護，優化鑿巖、裝運、支護的效率，提高掘進施工效率，對巖巷掘進施工很有必要。通過設備升級、技術革新提高鑿巖、裝運、支護工序的機械化程度，改善、優化施工工藝，在安全的前提下最大化平行作業，合理接續各工序，充分發揮設備優勢，綜合提高掘進效率。邢東礦引進了一種集鑿巖、支護與裝運于一體的高效綜合掘進設備—煤礦用鉆裝錨機組進行巖巷進尺，鉆裝錨機組投入使用后，提高了煤礦巖巷掘進機械化作業水平，提升了掘進速度，使掘進施工作業更加安全，同時節約人力物力，解決了巖巷掘進效率低、工藝落后的生產難題[1]。

1 煤礦巖巷快速掘進技術現狀

隨著經濟的發展，我國以煤炭為主的能源結構長期存在，對煤炭需求增大的情況長期不變，這就導致煤礦的開采力度逐漸提高，易采煤炭減少，煤礦開采逐步面臨環境差、難度大、復雜度高的困境。同時，煤礦行業內的各個企業為確保自身競爭力，在日益激烈的競爭中占據一席之地，必須通過更安全、更高效的方式來實現。從目前來看，我國對于煤礦的開采多是以巖層為基礎，通過布置巖石大巷貫通煤層，從而實現煤層的開挖，因此巖巷快速掘進技術在煤炭供不應求的行業背景下、在煤礦大區接替緊張的情況下應運而生。巖巷快速掘進技術既是通過采用新技術、新設備，充分發揮設備優勢，優化施工工藝，在提高安全系數的前提下，逐步提高巖巷掘進效率，有效緩解礦井大區接替緊張的情況，確保礦井煤炭開采穩步提升。

2 巖巷掘進工作面支護參數

邢東礦核定生產能力125 萬t/a，主要生產地區集中在-760 水平，按礦井生產情況，必須加快1300 采區準備巷道的掘進，確保1300 采區首采面按時達到出煤能力。

（1） 巷道規格：5 000 mm×3 600 mm（凈斷面），拱高2 600 mm，起拱線距底板1 100 mm。

（2） 支護方式：采用全斷面錨噴支護方式，采用φ22 mm×2 400 mm 螺紋鋼高強錨桿，間排距為800 mm×800 mm，頂板采用φ21.8 mm×8 500 mm19 股鋼絞線錨索加強支護，五花眼布置，間排距1 600 mm×1 600 mm；噴射混凝土C20，噴厚100 mm。

（3） 施工質量要求。

錨桿：間排距允許誤差為±100 mm，外露長度10 ~ 50 mm，預緊扭距不小于450 N·m，錨固力≥125 kN。

錨索：預緊力≥120 kN，外露長度150 ～250 mm。

鋪連網要求：所有網片符合設計要求，網應鋪展鋪平，網的搭接長度不小于100 mm，并每隔200 mm 用雙股14 號網絲連接一道，雙扣擰緊。

錨桿角度：頂幫錨桿角度符合設計要求，誤差±15°。

巷道支護斷面示意如圖1 所示。

3 巖巷掘進工作面爆破參數

采用爆破方式進行巖巷施工，爆破器材使用煤礦二級許用乳化炸藥，藥卷規格為φ35 mm×210 mm，重200 g，使用Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ段煤礦許用毫秒電雷管，FD-200D 直流型發爆器起爆。

爆破參數如下：

圖1 巷道支護斷面示意Fig.1 Roadway support section

4 巖巷快速施工工藝

4.1 原始施工工藝

采用7655B 型氣腿式鑿巖機打爆破眼，裝藥爆破，使用P-60B 型耙巖機配合4OT 型刮板輸送機連續出貨。

該施工方法工藝簡單，使用范圍廣，巷道斷面大小對該工藝不造成影響，且通過多臺鑿巖機的協同配合及打眼、裝巖的錯位平行作業可以有效提高施工效率[2]。但該工藝同樣存在許多不足：一是機械化水平低、安全系數低、勞動強度大；二是操作人員對設備的熟練程度決定著施工效率，穩定性差；三是工作環境差、巷道迎頭積貨多、濕式作業造成耙巖機出貨稀泥多，每循環扒裝時間需2~3 h，每進尺40 m 就需要倒一次系統，進行迎頭出砟、移耙巖機、縮溜子、延長皮帶等工序，既費時費力，又影響進度。

4.2 第一代設備更新

采用液壓鉆車打設炮眼，鏟斗式扒裝機配套橋式皮帶連續化出貨。該工藝優勢明顯，一是提高了機械化程度和安全系數，降低了勞動強度，同時提高了打眼及出貨效率；二是液壓鉆車能很好的控制炮眼方向，有效減少光爆施工偏差，減少圍巖擾動，后續巷道成型好，安全服務年限長。但2 套設備的配套使用需要前后移車，對巷道斷面參數要求大，不適用小斷面巷道施工，同時設備多導致設備維修量增加，備用設備配件使成本大大提高。

4.3 第二代設備更新

為解決第一代設備更新后存在的問題，通過引進鉆裝錨一體機組，在保持了原設備優勢的前提下，減少設備數量，減少維修量，降低成本，同時避免了互相移車對巷道斷面的要求，增加了使用范圍。

通過優化勞動組織，確保各工序銜接、轉換，保證生產組織的良性推進，解決了巖巷掘進機械化水平低、效率低的問題，實現了巖巷炮掘單進水平的提升，經實際應用，達到了連續4 個月進尺超150 m，最高月進尺160 m 的炮掘巖巷單進新水平。

（1） 鉆裝錨機組介紹。

邢東礦于2019 年和石家莊煤機廠合作研發了鉆裝錨機組，該機組集鑿巖、鉆孔與裝載出渣于一體，其應用大幅度提高了煤礦巖巷掘進機械化水平和掘進速度，改善了作業環境，降低了職工勞動強度。

（2） 施工工序。

液壓鑿巖機打設炮眼—退機破巖—鏟斗出貨—液壓錨桿機組支護

（3） 鉆裝錨一體機優勢。①整機鉆進效率高，尤其是對硬度較高的脆性巖石效果更佳；②雙臂鑿巖機動靈活，鉆臂調節靈敏，能在巷道斷面任意位置鉆孔；③鏟臂扒取矸石，直接進入自身的刮板運輸機，并卸載到橋式皮帶上，做到了連續出貨；④鏟斗清理矸石，可以全斷面覆蓋，避免了人工輔助清理兩側矸石，減少工作量。

5 結 語

我國的煤礦快速掘進技術雖然已經有了很大的發展和提高，但仍存在發展空間，綜合管理，研發新設備，開發新技術等都是提高掘進效率，減少安全隱患的重要課題。改善作業環境，對掘進機械進行智能化改進，在現有的技術上不斷創新，不斷發現問題并不斷解決，才能使這項技術更適應當代社會發展的要求。