大斷面巖巷快速掘進施工工藝在礦井基建中的應用

賈志超

（晉能控股煤業集團北辛窯煤業有限公司， 山西 忻州 036700）

現代化礦井向著生產集約化、技術裝備現代化、施工專業化、管理科學化，方向發展。礦井采掘緊張成為煤礦高產高效制約因素，尤其在巖巷開拓過程中問題比較突出。目前，國內巖巷開拓大部分礦井仍舊以鉆爆法為主的巖巷機械化作業線為主，主要采用人工鉆孔+遠距離放炮+破巖+裝載機出矸的作業線。掘進速度一般為70 m/月。遇到礦井地質條件復雜、施工距離長，采掘銜接相對緊張等問題，為有效緩解采掘平衡、良態發展，提高大斷面巖巷單進成為現場探究的技術管理問題。

1 工程概況

某礦南翼水平大巷Ⅱ段設計長度為1 147 m，巷道坡度3‰上坡，設計巷道支護形式為錨網索噴聯合支護，毛斷面：寬×高=4 400 mm×3 520 mm；錨桿選用Φ20 mm、L=2 200 mm 的金屬螺紋鋼錨桿，錨桿間排距900 mm×900 mm，菱形金屬網選用為100 mm×100 mm 的鋼筋，噴漿厚度150 mm。巷道施工頂底板圍巖如圖1 所示。

圖1 鉆孔柱狀圖

2 大斷面巖巷掘進存在問題

大斷面巖巷掘進存在問題主要包括地質條件問題、設備故障率高、爆破問題和缺乏組織管理問題等，具體如表1 所示。

表1 影響掘進效率因素表

3 施工方案

3.1 優化施工工藝

優化大斷面巖巷施工工藝，三八制作業方式改為滾班制，要求每班完成“掘- 錨”作業，一次成巷，利用早班皮帶檢修時間集中噴漿，定期復噴，做標準化工作。因而，施工工藝變更為交接班安全檢查→校對中腰線→灑水防塵畫輪廓線→打眼→裝藥→爆破→敲幫問頂→臨時支護→出矸→錨網索永久支護→噴漿→灑水防塵及養護→下一道工序。

3.2 優化光面爆破質量

施工中采用中深孔光面爆破技術、直眼掏槽,嚴格按中、腰線標注巷道輪廓線。

周邊眼應布置在設計輪廓線上，一般向外或向上偏斜3°～5°，炮眼間距為350～600 mm，密集系數為0.5～1.0。二類圍巖周邊眼眼痕率達到80%以上，三類圍巖達到50%以上。借用激光指向儀定位，炮眼位置巷道不得欠挖，超挖量不應大于設計輪廓線的150 mm。打眼鉆桿由原來的2.5 m，改為3 m，確保每茬炮眼單進為2.5 m，從而提高了循環進尺。

3.3 優化勞動組織

1）每個班實行6 名打眼工+3 臺風鉆配合同步施工、并要求工程技術人員提前做好圍巖預測預報工作，及時調整爆破參數，力爭達到光面爆破。

2）在確保安全前提下，開展多工序平行作業。迎頭打眼與后方裝載機出矸平行作業，裝藥與回撤機具平行作業，在放炮與準備支護材料平行作業，“錨桿支護+掛網片”平行作業等。利用標準化時間，一般可以利用礦井每日檢修時間修整巷道、噴漿、打水溝等標準化做尾工平行作業。

3）實行滾班制。可有效縮短交接班時間。在每茬炮后，利用炮眼吹散時間，給值班室匯報工作進度，并可通知另一個班支護班準備下井施工。在上個班支護完成時，另外一個班打眼工即將到位，從而縮短了交接班時間，提高人員效率。

4）加強電工現場檢修，充分利用充分利用全礦井檢修班時間，每班安排電工現場跟班檢修，確保機電設備24 h 正常運轉。杜絕了因機電事故處理時間長而影響工作面出矸，進而影響循環進尺。

3.4 優化系統，嚴把質量

3.4.1 壓風供水系統改進

改進壓風系統,管路由原來的2 寸改為4 寸和供水管路6 寸，并緊隨工作面，確保了3 臺風鉆和噴漿機同時作業。確保實現“三個延伸，兩個保障”。

3.4.2 工程技術人員緊盯現場

首先地質科做好預測預報以及井下特殊構造識別預判，技術科優化支護工藝，調度室充分調動全礦井人員服務井下生產。其次充分發揮職能部門作用，加強現場安全監督，安監站、通風區、掘進辦充分把控現場質量監督，防止因過渡追求進尺，忽略質量。

4 試行效果

4.1 縮短工期

2 煤南翼皮帶大巷5 月份進尺計劃90 m，實際月進尺143.7 m，超計劃進尺59.7%，工期較比設計工期提前23 d，有效緩解采掘緊張的情形。

4.2 循環進尺提高

2 煤南翼皮帶大巷5 月份計劃日進尺3 m，實際兩天5 茬炮，日均單進6.25 m，單進提高了108%。

5 礦壓監測

在巷道快速掘進過程中，冒頂事故往往是造成頂板圍巖失穩的主要表事故隱患。因而需要重點關注巷道圍巖“兩量”（即巷道在掘進過程中，錨網索噴支護結束后，定期觀測頂板下沉量以及水平移近量的變化情況）。

針對2 煤南翼皮帶大巷，在大斷面快速掘進過程中，在巷道頂板以及兩幫安裝應力傳感器，用于實時觀測巷道形成后的圍巖變形情況，判斷頂板破壞范圍，對巷道穩定性進行識別，對巷道現有支護進行評價。

通過對巷道每隔30 m 設置一組觀測裝置（含頂板以及兩幫數據采集裝置），進行一個月數據記載形成如圖2 所示圍巖變形量隨時間變化的曲線。

圖2 巷道圍巖隨時間變形量

通過為期一個月的數據采集，可以得出，巷道形成后，原巖應力發生變化，頂板下沉量以及兩幫移近發生數據變化。頂板下沉量表現尤其明顯。巷道掘進后，變形比較平緩，24 d 左右，巷道變形量趨于穩定，頂板最終下沉量為32.3 mm，兩幫移近量為15.8 mm。頂板離層值較小，淺部離層值最大為13 mm，離層量深基點趨于穩定值，經過一個月之后，未發生離層現象，兩幫未發生片幫情況。在通過日常隨機對錨桿以及錨索做現場拉拔試驗，錨索拉拔力合格，錨桿錨固力達標，錨桿錨固力200 kN 以上。對于部分錨桿錨固力不合格現象，對錨桿進行二次加固，若錨桿支護失效，則要求施工隊在失效錨桿周圍進行了補打，從而進一步保證支護質量合格。

6 結論

通過一個月的南翼水平大斷面快速巖巷施工，取得了一些好的效果。

1）實行中深孔光面爆破是一項實施大斷面快速掘進的有效技術措施。

2）在確保安全的前提下，實行多工序平行交叉作業可提高工序銜接效率。

3）采用風鉆打眼，裝載機與皮帶運輸出矸，實現炮掘工作面機械化程度達到85%，減輕人工工作強度，提高礦井人工工效。