巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)的探索及應(yīng)用

張冠華

（冀中能源股份有限公司 邢東礦，河北 邢臺(tái) 054000）

0 引 言

巖巷掘進(jìn)施工是煤礦布置采區(qū)巷道的重要組成部分，而長期以來，我國巖巷掘進(jìn)設(shè)備落后、工藝落后、機(jī)械化程度低。制約巖巷掘進(jìn)施工的主要因素是鑿巖、裝運(yùn)、支護(hù)，優(yōu)化鑿巖、裝運(yùn)、支護(hù)的效率，提高掘進(jìn)施工效率，對巖巷掘進(jìn)施工很有必要。通過設(shè)備升級(jí)、技術(shù)革新提高鑿巖、裝運(yùn)、支護(hù)工序的機(jī)械化程度，改善、優(yōu)化施工工藝，在安全的前提下最大化平行作業(yè)，合理接續(xù)各工序，充分發(fā)揮設(shè)備優(yōu)勢，綜合提高掘進(jìn)效率。邢東礦引進(jìn)了一種集鑿巖、支護(hù)與裝運(yùn)于一體的高效綜合掘進(jìn)設(shè)備—煤礦用鉆裝錨機(jī)組進(jìn)行巖巷進(jìn)尺，鉆裝錨機(jī)組投入使用后，提高了煤礦巖巷掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)水平，提升了掘進(jìn)速度，使掘進(jìn)施工作業(yè)更加安全，同時(shí)節(jié)約人力物力，解決了巖巷掘進(jìn)效率低、工藝落后的生產(chǎn)難題[1]。

1 煤礦巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)長期存在，對煤炭需求增大的情況長期不變，這就導(dǎo)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(huán)境差、難度大、復(fù)雜度高的困境。同時(shí)，煤礦行業(yè)內(nèi)的各個(gè)企業(yè)為確保自身競爭力，在日益激烈的競爭中占據(jù)一席之地，必須通過更安全、更高效的方式來實(shí)現(xiàn)。從目前來看，我國對于煤礦的開采多是以巖層為基礎(chǔ)，通過布置巖石大巷貫通煤層，從而實(shí)現(xiàn)煤層的開挖，因此巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)在煤炭供不應(yīng)求的行業(yè)背景下、在煤礦大區(qū)接替緊張的情況下應(yīng)運(yùn)而生。巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)既是通過采用新技術(shù)、新設(shè)備，充分發(fā)揮設(shè)備優(yōu)勢，優(yōu)化施工工藝，在提高安全系數(shù)的前提下，逐步提高巖巷掘進(jìn)效率，有效緩解礦井大區(qū)接替緊張的情況，確保礦井煤炭開采穩(wěn)步提升。

2 巖巷掘進(jìn)工作面支護(hù)參數(shù)

邢東礦核定生產(chǎn)能力125 萬t/a，主要生產(chǎn)地區(qū)集中在-760 水平，按礦井生產(chǎn)情況，必須加快1300 采區(qū)準(zhǔn)備巷道的掘進(jìn)，確保1300 采區(qū)首采面按時(shí)達(dá)到出煤能力。

（1） 巷道規(guī)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(hù)方式：采用全斷面錨噴支護(hù)方式，采用φ22 mm×2 400 mm 螺紋鋼高強(qiáng)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(qiáng)支護(hù)，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(zhì)量要求。

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

錨索：預(yù)緊力≥120 kN，外露長度150 ～250 mm。

鋪連網(wǎng)要求：所有網(wǎng)片符合設(shè)計(jì)要求，網(wǎng)應(yīng)鋪展鋪平，網(wǎng)的搭接長度不小于100 mm，并每隔200 mm 用雙股14 號(hào)網(wǎng)絲連接一道，雙扣擰緊。

錨桿角度：頂幫錨桿角度符合設(shè)計(jì)要求，誤差±15°。

巷道支護(hù)斷面示意如圖1 所示。

3 巖巷掘進(jìn)工作面爆破參數(shù)

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

爆破參數(shù)如下：

圖1 巷道支護(hù)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(jī)打爆破眼，裝藥爆破，使用P-60B 型耙?guī)r機(jī)配合4OT 型刮板輸送機(jī)連續(xù)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(tái)鑿巖機(jī)的協(xié)同配合及打眼、裝巖的錯(cuò)位平行作業(yè)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(jī)械化水平低、安全系數(shù)低、勞動(dòng)強(qiáng)度大；二是操作人員對設(shè)備的熟練程度決定著施工效率，穩(wěn)定性差；三是工作環(huán)境差、巷道迎頭積貨多、濕式作業(yè)造成耙?guī)r機(jī)出貨稀泥多，每循環(huán)扒裝時(shí)間需2~3 h，每進(jìn)尺40 m 就需要倒一次系統(tǒng)，進(jìn)行迎頭出砟、移耙?guī)r機(jī)、縮溜子、延長皮帶等工序，既費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又影響進(jìn)度。

4.2 第一代設(shè)備更新

采用液壓鉆車打設(shè)炮眼，鏟斗式扒裝機(jī)配套橋式皮帶連續(xù)化出貨。該工藝優(yōu)勢明顯，一是提高了機(jī)械化程度和安全系數(shù)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)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(dòng)，后續(xù)巷道成型好，安全服務(wù)年限長。但2 套設(shè)備的配套使用需要前后移車，對巷道斷面參數(shù)要求大，不適用小斷面巷道施工，同時(shí)設(shè)備多導(dǎo)致設(shè)備維修量增加，備用設(shè)備配件使成本大大提高。

4.3 第二代設(shè)備更新

為解決第一代設(shè)備更新后存在的問題，通過引進(jìn)鉆裝錨一體機(jī)組，在保持了原設(shè)備優(yōu)勢的前提下，減少設(shè)備數(shù)量，減少維修量，降低成本，同時(shí)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(yōu)化勞動(dòng)組織，確保各工序銜接、轉(zhuǎn)換，保證生產(chǎn)組織的良性推進(jìn)，解決了巖巷掘進(jìn)機(jī)械化水平低、效率低的問題，實(shí)現(xiàn)了巖巷炮掘單進(jìn)水平的提升，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，達(dá)到了連續(xù)4 個(gè)月進(jìn)尺超150 m，最高月進(jìn)尺160 m 的炮掘巖巷單進(jìn)新水平。

（1） 鉆裝錨機(jī)組介紹。

邢東礦于2019 年和石家莊煤機(jī)廠合作研發(fā)了鉆裝錨機(jī)組，該機(jī)組集鑿巖、鉆孔與裝載出渣于一體，其應(yīng)用大幅度提高了煤礦巖巷掘進(jìn)機(jī)械化水平和掘進(jìn)速度，改善了作業(yè)環(huán)境，降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2） 施工工序。

液壓鑿巖機(jī)打設(shè)炮眼—退機(jī)破巖—鏟斗出貨—液壓錨桿機(jī)組支護(hù)

（3） 鉆裝錨一體機(jī)優(yōu)勢。①整機(jī)鉆進(jìn)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(jī)動(dòng)靈活，鉆臂調(diào)節(jié)靈敏，能在巷道斷面任意位置鉆孔；③鏟臂扒取矸石，直接進(jìn)入自身的刮板運(yùn)輸機(jī)，并卸載到橋式皮帶上，做到了連續(xù)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(cè)矸石，減少工作量。

5 結(jié) 語

我國的煤礦快速掘進(jìn)技術(shù)雖然已經(jīng)有了很大的發(fā)展和提高，但仍存在發(fā)展空間，綜合管理，研發(fā)新設(shè)備，開發(fā)新技術(shù)等都是提高掘進(jìn)效率，減少安全隱患的重要課題。改善作業(yè)環(huán)境，對掘進(jìn)機(jī)械進(jìn)行智能化改進(jìn)，在現(xiàn)有的技術(shù)上不斷創(chuàng)新，不斷發(fā)現(xiàn)問題并不斷解決，才能使這項(xiàng)技術(shù)更適應(yīng)當(dāng)代社會(huì)發(fā)展的要求。