煤礦巷道掘進(jìn)施工技術(shù)分析

孟占業(yè)

(大同市國土資源局，山西大同 037006)

在煤礦開采過程中，為加深對(duì)地下煤炭資源的開發(fā)，需要對(duì)巷道采取規(guī)劃性的挖掘處理。掘進(jìn)施工就是指利用先進(jìn)的技術(shù)處理措施粉碎煤體或巖體，從而建立一定的巷道空間，并做好巷道空間支出處理的過程。通常巷道掘進(jìn)施工會(huì)受到多方面因素的影響，科學(xué)的組織設(shè)計(jì)和技術(shù)措施是保障巷道安全與施工進(jìn)度的基本條件。因此，加強(qiáng)有關(guān)煤礦巷道掘進(jìn)施工技術(shù)的探討，對(duì)于提升巷道掘進(jìn)施工質(zhì)量和效率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 煤礦巷道掘進(jìn)施工的影響因素

煤礦巷道掘進(jìn)施工會(huì)受到多方面因素的影響，其中生產(chǎn)技術(shù)、施工機(jī)械設(shè)備與地質(zhì)結(jié)構(gòu)是主要因素。

1.1 生產(chǎn)技術(shù)

目前國內(nèi)煤礦巷道掘進(jìn)施工中通常采用鉆爆法施工，采用錨噴支護(hù)方式進(jìn)行支護(hù)，相比較原有的砌碹支護(hù)和架棚支護(hù)方式具有更好的安全質(zhì)量、更低的施工強(qiáng)度和較快的施工效率。然而在實(shí)際應(yīng)用中也出現(xiàn)了較多的問題，如在施工中未有效控制裝藥量或未把握好巷道炮眼角度，則很容易引發(fā)錨網(wǎng)質(zhì)量不高和巷道成型差等問題，進(jìn)而較難確保井巷的施工質(zhì)量。

1.2 施工機(jī)械設(shè)備

在煤礦巷道掘進(jìn)施工中經(jīng)常采用的機(jī)械設(shè)備主要有裝運(yùn)、爆破和鉆眼設(shè)備。1)裝運(yùn)。裝運(yùn)施工工序基本占到煤礦巷道掘進(jìn)施工周期的50%以上，目前裝運(yùn)過程基本都實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化操作。煤礦企業(yè)現(xiàn)在比較常用的有皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)與礦車配合或連續(xù)作業(yè)立爪式、蟹爪式裝載機(jī)械，并使用高噸位自卸汽車和無軌鏟運(yùn)機(jī)配合開展出渣施工，采用此種方式相比原有的裝運(yùn)機(jī)械其巷道掘進(jìn)施工效率提高了1.5倍［1］。2)鉆眼。目前通常使用氣腿式鑿巖機(jī)進(jìn)行施工鉆眼，相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明:氣腿式鑿巖機(jī)的炮眼鉆進(jìn)深度、鉆速、輸出功率等都存在不足，且工作面鉆孔效率同時(shí)受到瓦斯涌出量、井巷斷面、受壓縫、多機(jī)配合工作方式等因素的影響。根據(jù)現(xiàn)代煤礦巷道掘進(jìn)施工分析發(fā)現(xiàn)，小斷面采用鑿巖臺(tái)車、大斷面使用TBM掘進(jìn)機(jī)和盾構(gòu)機(jī)等可有效改善掘進(jìn)施工效率。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

在煤礦巷道掘進(jìn)施工中，頂?shù)装宓慕Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、褶曲構(gòu)造、瓦斯涌出量、層間發(fā)育狀況、圍巖節(jié)理、涌水量、工作面煤巖硬度狀況等都會(huì)影響掘進(jìn)施工進(jìn)度和質(zhì)量。通常在地質(zhì)條件相對(duì)良好的地段其基層工作條件也相對(duì)較好，能夠開展快速掘進(jìn)施工，而對(duì)于復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境條件，其會(huì)嚴(yán)重影響掘進(jìn)施工的效率和進(jìn)度。若掘進(jìn)施工中存在煤巖層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不高、煤系地層褶曲出現(xiàn)斷層、煤層厚度變化明顯、頂?shù)装宄霈F(xiàn)破碎等問題，則會(huì)很容易引發(fā)冒頂、垮落等安全事故。另外若掘進(jìn)施工進(jìn)行到地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜的煤系地層或煤層時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)大量瓦斯涌出，驟升的瓦斯?jié)舛群苋菀滓l(fā)安全事故。因此在實(shí)際施工時(shí)應(yīng)當(dāng)實(shí)時(shí)監(jiān)測回風(fēng)風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛炔p小掘進(jìn)工作面［2］。

2 煤礦巷道掘進(jìn)施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 掘進(jìn)工作面的防塵與通風(fēng)處理

2.1.1 防塵

在煤礦巷道掘進(jìn)施工中，粉塵通常由煤塊掉落與地面或設(shè)備形成碰撞、煤巖在摩擦壓力作用下粉碎等過程產(chǎn)生，工作面沉積粉塵、通風(fēng)中吸收的粉塵等也是其重要來源。煤礦工程中通常采用通風(fēng)除塵、煤層注水、礦井巷道巖壁清洗、濕法鉆眼與鑿巖、安置隔爆設(shè)備、裝巖灑水等方式進(jìn)行除塵。在實(shí)際施工中還可以采用長短抽通風(fēng)除塵方式或多種技術(shù)措施結(jié)合的方式進(jìn)行除塵，且除塵時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮施工現(xiàn)場的工作條件。另外在具體施工時(shí)還應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測空氣粉塵濃度，并要求工作人員配備粉塵防護(hù)設(shè)施，以此提高煤礦巷道掘進(jìn)的安全性。

2.1.2 通風(fēng)

巷道掘進(jìn)工作面的通風(fēng)質(zhì)量將直接關(guān)系到煤礦生產(chǎn)的安全性。當(dāng)前通常使用通風(fēng)機(jī)對(duì)掘進(jìn)工作面進(jìn)行通風(fēng)處理，在選擇通風(fēng)機(jī)時(shí)應(yīng)當(dāng)按照通風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)量和工作風(fēng)壓要求進(jìn)行恰當(dāng)選擇，現(xiàn)在比較常用的就是壓入式通風(fēng)機(jī)。壓入式通風(fēng)機(jī)及其啟動(dòng)設(shè)備應(yīng)當(dāng)在距離風(fēng)口10 m以上、距離地面30 mm以上的位置進(jìn)行安裝，且通風(fēng)機(jī)的吸入風(fēng)量應(yīng)當(dāng)比全風(fēng)壓供給風(fēng)量有效。通風(fēng)機(jī)在工作時(shí)要安排專人監(jiān)管，且在下井操作前應(yīng)當(dāng)先對(duì)通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行檢查、維修與維護(hù)，確保通風(fēng)機(jī)在掘進(jìn)工作施工中能夠安全、連續(xù)、可靠運(yùn)行。另外在選用通風(fēng)機(jī)時(shí)還應(yīng)當(dāng)考慮選擇恰當(dāng)?shù)耐L(fēng)風(fēng)筒，風(fēng)筒的直徑應(yīng)當(dāng)與極限通風(fēng)長度供風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)，以此為依據(jù)要盡可能選擇直徑較大的風(fēng)筒;在安置風(fēng)筒時(shí)其出口與掘進(jìn)工作面的間距應(yīng)當(dāng)控制在5 m以內(nèi)，以減小風(fēng)阻防止出現(xiàn)渦流問題，從而確保巷道通風(fēng)良好［3］。

2.2 運(yùn)輸系統(tǒng)

2.2.1 水平緩沖矸石倉

要提高矸石的轉(zhuǎn)儲(chǔ)效率通常選用膠帶運(yùn)輸方式;在施工巷道位置外段長度應(yīng)當(dāng)至少擴(kuò)展到20 m以上，且在中間部位分別搭設(shè)高度在1.5 m左右的防護(hù)網(wǎng)，并將人行道、軌道與矸石運(yùn)輸通道分離，確定好緩沖水平矸石倉，以建立連續(xù)出矸系統(tǒng);前部扒裝機(jī)在放炮完成后應(yīng)當(dāng)立即將矸石集中扒至膠帶，膠帶將矸石轉(zhuǎn)存到水平緩沖矸石倉內(nèi)，然后后部扒裝機(jī)將矸石移送到運(yùn)輸車上，車輛能夠?qū)崿F(xiàn)隨到隨裝過程。此種方式能夠有效克服出矸速率低、絞車提升運(yùn)輸慢的問題，且能有效減少施工人員工作量。

2.2.2 膠帶運(yùn)輸機(jī)

相比傳統(tǒng)的絞車運(yùn)輸，膠帶運(yùn)輸機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn):膠帶的上層能夠進(jìn)行運(yùn)矸，下層則可以開展運(yùn)料，能夠有效完成矸石的連續(xù)運(yùn)輸過程，且減少物料運(yùn)送的工作量，避免了意外事故的發(fā)生;維護(hù)簡單，主要采用集中控制方式;膠帶工作運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性較高;使用的配件及鋼材設(shè)備較少，且能耗較低，利于節(jié)省成本。

2.2.3 光面爆破技術(shù)

光面爆破技術(shù)在煤礦巷道掘進(jìn)施工中的應(yīng)用極為廣泛。光面爆破技術(shù)是指在爆破施工中同時(shí)引爆工程周圍的炮眼，讓爆炸裂縫能夠順著徑向方向不斷向四周擴(kuò)散，并通過鄰近炮眼間的沖擊波疊加作用向巖體施加切向的拉力，使裂縫在完全擴(kuò)展后能夠在巖層表面形成平整度較高的爆破面。現(xiàn)代光面爆破施工中主要采用修邊光爆法、預(yù)裂光爆法、輪廓線光爆法三種爆破技術(shù)。在具體施工中通常使用淺孔爆破方式，為加深爆破的深度尺寸可適量擴(kuò)大炮眼的直徑與深度;炮眼應(yīng)當(dāng)在帶煤礦巷道的輪廓線位置進(jìn)行布置，且眼內(nèi)的裝藥量與間隔距離應(yīng)當(dāng)與圍巖的具體狀況相適應(yīng)［4］。

2.2.4 錨桿支護(hù)

錨桿支護(hù)是指利用錨入圍巖深層的錨桿使圍巖自身的力學(xué)狀況發(fā)生改變，利用圍巖與錨桿的協(xié)同作用使巷道四周建立一個(gè)穩(wěn)定的整體巖石帶，由此對(duì)巷道進(jìn)行保護(hù)。錨桿支護(hù)雖然具有支架成本低、巷道變形小、通風(fēng)阻力小、適應(yīng)性強(qiáng)、維護(hù)費(fèi)用低、鋼材與坑木用量少、錨桿輕質(zhì)、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，但其不能避免圍巖的風(fēng)化過程和錨桿間裂隙巖石的脫落，因此通常將其與錨噴支護(hù)方式結(jié)合使用。錨噴支護(hù)方式在采取上山、回采巷道、靜壓巷道、松軟巷道、動(dòng)壓巷道、穩(wěn)定巖石巷道中都具有較強(qiáng)的適用性。另外在大斷面硐室、交叉點(diǎn)、煤倉、絞車房、外井筒、馬頭門等位置常用光爆錨噴支護(hù)技術(shù)。采用錨噴支護(hù)技術(shù)能夠有效減少巷道變形，并為巷道掘進(jìn)提供良好的穩(wěn)定基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

巷道掘進(jìn)施工質(zhì)量的好壞將直接關(guān)系到煤礦生產(chǎn)的整體效益，因此，相關(guān)技術(shù)與施工人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)有關(guān)煤礦巷道掘進(jìn)施工技術(shù)的分析，總結(jié)巷道掘進(jìn)施工中的影響因素和技術(shù)要點(diǎn)，不斷學(xué)習(xí)和引進(jìn)先進(jìn)巷道掘進(jìn)技術(shù)，以逐步改善煤礦巷道掘進(jìn)施工質(zhì)量。

［1］李建強(qiáng).煤礦巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)與管理［J］.科技信息，2011，12(29):62-63.

［2］沈建成.關(guān)于煤巷快速掘進(jìn)技術(shù)研究分析［J］.華章，2011，13(14):74-75.

［3］楊仁樹.我國煤礦巖巷安全高效掘進(jìn)技術(shù)現(xiàn)狀與展望［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，6(10):61-62.

［4］趙宏偉.我國煤礦巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)現(xiàn)狀及展望［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2012，5(35):57-58.