高效掘進技術在煤礦大斷面巖石巷道中的應用探析

唐海軍

摘 要：軟巖巷道的掘進是長期限制礦井開采的一個主要技術問題。對煤礦深部大斷面巷道機械化掘進技術進行探討，有效處理了巷道爆破等技術難題，維護了巷道的安全，實現了巷道的高效掘進，使巷道施工在單進和功效上提升到一個新水平，掘進速度與原來相比提高了超過30%，解決了持續性生產問題。

關鍵詞：掘進技術；煤礦；大斷面；巖石巷道

中圖分類號：TD263.3+2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）13-0040-02

為處理某煤礦公司新煤礦大斷面掘進與炮眼利用率低，軟巖巷道在深度增加以后礦山壓力持續增大、圍巖條件變化很大、掘進難度和技術要求增高等問題，新煤礦對掘進技術進行了深入研究。現場分析時，探討中深孔掏槽爆破，找出合適的爆破技術、支護設計和改進工藝，使大斷面巷道實現快速掘進。

1 巷道機械化掘進技術

目前，隨著煤礦大斷面巷道掘進機械化技術的研究，國內機械化掘進技術在部分重點煤礦中已得到廣泛應用。當前，鉆爆法機械化掘進技術包括全液壓鉆車與側卸裝巖機配合使用、鉆裝瞄一體作業線、手持鑿巖機與耙斗裝巖機配合使用三種方法。國內煤礦大斷面掘進技術中較為常用的是手持鑿巖機與耙斗或者鏟斗裝巖機配合使用的生產模式。在這種掘進技術下，每個月的掘進距離通常為60～70 m。一些煤礦選擇全液壓鉆車與側卸裝巖機配合使用作業線，但是與國外普遍使用的全液壓鉆車與側卸裝巖機配合使用作業線、鉆裝瞄一體作業線比起來，國內機械化掘進技術的配套還不完整，施工工藝和組織管理還有不足之處。

1.1 深部巖巷控制爆破與應用技術

選擇控制爆破掏槽參數，利用三維模型進行試驗，探討多孔掏槽與單孔爆破及小空孔對爆破的作用等，比較多孔爆破及多孔和單孔的爆破特性，分析保證掏槽效果、提升炮眼利用率和減小單耗的條件。

1.2 巖巷支護技術和優化

錨噴支護在煤礦開采加深后，在深部巷道支護中，這種抗壓方法經常無法較好地減少巷道變形，也達不到安全生產的要求。這項技術探討需要與快速掘進工程融合起來，探討并提出了后抗支護方案和優化設計，允許圍巖產生一定程度的變形，使圍巖趨向平衡，以確保巷道使用過程的穩定性和安全性。

1.3 巖巷液壓鑿巖車和配套設備

現階段，煤礦巷道施工大部分選用風動鑿巖機和耙矸機主要設備施工工藝，技術含量低下，掘進效率無法令人滿意，很難有效提升進尺水平。改變掘進中大多數選擇風動鑿巖機等專用設備為主施工工藝，解決液壓鑿巖車及裝巖機等在煤礦巖巷掘進中的重要技術問題，達到以液壓鑿巖車和側斜裝巖機替換以往啟動鑿巖機的目的。

1.4 深部巷道掘進技術和工藝

掘進工序根據性質分為主要工序和輔助工序兩種，怎樣合理安排工序施工是影響掘進速度的關鍵因素。考慮目前已有掘進設備、支護、施工技術與工藝中的難題，找出制約性和根本性原因，并通過現代理論和研究成果作出可行性探討，不斷改進施工技術。很多輔助工序所用時間較短，而且具有一定的獨立性，因此在組織施工中，要盡量使輔助工序與主要工序交叉進行，以提高掘進速度，使其達到技術指標。

2 探討成果

從探討軟巖巷道在爆破中關系到不同爆破技術理論開始，利用爆炸荷載檢測系統進行動焦散實驗。選擇動光彈研究的爆炸破裂規律，利用混凝土試件來模擬井下巖體進行應變測試。研究了面膜型爆生擴展穿層的普通規律，選擇模型試驗探討軟巖分階段爆破機制。爆生裂紋過節理時，不直接順著原來的方向，而是偏移某個長度距離后穿過節理面接著發展。遠距離小空孔對提升掏槽結果、減少炸藥單耗切實有作用，作用程度和爆破介質與炸藥消耗有關；多孔同時爆破產生的爆破漏斗和孔距與裝藥多少相關。在一定程度上擴大炮孔間距可減小炸藥消耗，但是同時也降低了炮孔利用率。

參考新奧法。利用FLAC模擬與試驗探討提出適合煤礦巖巷二次支護的措施與設計方案，允許圍巖發生一定程度的變形，使圍巖趨向平衡，較好地處理了年限較長的巷道的支護難題，確保支護效果，保證巷道在使用年限中盡可能減少維修，確保巷道在使用過程中的穩定性和安全性，不阻礙安全生產，在一定程度上提升了掘進效率。

針對該煤礦現場條件，探討鉆爆法機械作業大斷面巷道掘進工藝，探討現行爆破和支護過程中的難題，應用基本理論，處理了限制巖巷掘進最重要的裝備、支護和工藝等難題，提升爆破效果，準確掌握巷道成型，減小超欠挖量；提高巷道支護，有效減少材料耗費與維修勞動量，降低巷道的維護費用。

3 效果分析

3.1 對技術結果的探討

對于技術結果，可從以下兩方面著手進行探討：①提高了巷道作業質量，有效地增強了光面爆破的質量控制。選擇巷道控制爆破方法，提升了爆破效果，保證巷道成型合理，較好地控制了超欠挖問題，對圍巖破壞較小，從而在較大程度上保持了圍巖的自身強度，增大了其自承能力。通過對新支護工藝在使用前后進行比較發現，以往的一次支護存在噴層柔性較差問題，容易造成噴體脫落等現象，不適合變形量較大的巷道；而選擇二次支護，其結果明顯比一次支護要好，提升了支護效果，降低了巷道維修量與維護費用，對于支護圍巖生成承載結構比以往更穩固，更有助于巷道的安全施工和支護。②提升掘進效率。選擇控制爆破，改善爆破參數，炮眼利用率大于95%，同時新型施工組織與支護措施的應用，使循環進程有較大的提高。在沒有較多設備的情況下，掘進速度與以前相比有較大提高。根據現場統計可知，每班的循環進程能夠提升超出1.7 m，日進尺可達到5 m，最大月進尺超過90 m。

3.2 經濟效益的分析

3.2.1 直接效益

選擇紅矸石替換之前的砂石作為混凝土骨料，使用鑿巖車和裝巖機配套的施工技術，提升工程效果和施工進程，減小了材料耗費與維修量，提高了巷道工程單進和工效。巷道施工新工藝的實施，對處理新煤礦中存在的問題、保證礦井在連續生產中達到高產與穩產具有重要意義。

3.2.2 間接效益

通過運用機械掘進，在較大程度上增加了員工的收入。施工斷面為22.5 m2的巷道，以往掘進速度為2.0 m/d，月進60 m；實施機械掘進后，日進情況已經超過3 m，月進尺超過90 m。快速掘進施工用人少，較好地提高了功效。通過采用鑿巖車和裝巖機配套設備的施工技術，可進行機械操作，避免近距離施工，提高了安全、可靠程度。

4 總結

新煤礦巷道的掘進問題是長期限制礦井開采的關鍵技術難題，在很長一段時間內，國內的巷道掘進多為每月60 m，使生產效率較難提高；再加上軟巖支護理論和經驗較少，造成巷道返修較多，甚至較難支護，不僅安全事故發生較多，還嚴重影響了員工的安全，也影響了我國對煤炭資源的開采。煤礦大斷面巷道機械化掘進技術有效解決了深部巷道存在的較多技術問題（大多是爆破與支護上的一些重要技術難題），實現了深部巷道優質、高效掘進，提升了生產效率，打破了礦井的緊張局面，使礦井較早出煤，對保證礦井在生產中維持高產、穩產具有重要意義。

參考文獻

[1]呂艷平.高效掘進技術在深部大斷面巖石巷道中的應用[J].農家科技（下旬刊），2013（11）：104.

[2]金玉生.深部大斷面巖石巷道機械化高效掘進技術研究[J].科技致富向導，2012（10）：272，302.

〔編輯：劉曉芳〕

Abstract： Soft rock tunnel boring is a major technical problem limiting long-term exploitation of the mine. Coal mine deep large section roadway mechanized tunneling technology to explore， to deal effectively with the tunnel blasting and other technical problems， maintaining a safe roadway， to achieve an efficient roadway， so that construction of the tunnel on a single inlet and effectiveness to a new level， tunneling improved as compared with the original speed of more than 30%， to solve the problem of continuous production.

Key words： tunneling technology； coal； large section； rock roadway