中深孔爆破集成機(jī)械化施工的快速掘進(jìn)方法

楊國(guó)梁，馮棟凱，陳 高,袁福賢，甄世榮

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083)

中深孔爆破集成機(jī)械化施工的快速掘進(jìn)方法

楊國(guó)梁，馮棟凱，陳 高,袁福賢，甄世榮

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083)

為全面提高全巖巷道的掘進(jìn)速度，對(duì)掘進(jìn)過(guò)程中采用的配套機(jī)械裝備、中深孔爆破方法以及支護(hù)技術(shù)等進(jìn)行了系統(tǒng)研究。引進(jìn)多功能側(cè)卸式鏟裝車(chē)配合液壓鉆車(chē)和梭式礦車(chē)等設(shè)備，提出適合中深孔爆破的合理掏槽形式和掏槽眼參數(shù)，改革支護(hù)工藝，形成一套高效系統(tǒng)的全巖作業(yè)方式。采用該種方式，全巖巷道平均月進(jìn)尺達(dá)到120m以上。

快速掘進(jìn)；液壓鉆車(chē)；中深孔爆破；二次支護(hù)

在全巖巷道掘進(jìn)中，掘進(jìn)速度緩慢重地制約了采掘平衡與接替，較大地影響了煤礦生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展[1-3]。隨著礦井開(kāi)采深度的增加，巷道壓力逐漸增大，深部巖石受到高地應(yīng)力的作用，影響著全巖巷道中深孔爆破快速掘進(jìn)的實(shí)施。目前煤礦巖石巷道施工絕大多數(shù)采用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)和扒裝機(jī)為主要設(shè)備的錨噴施工工藝，技術(shù)水平較低，月進(jìn)尺一般在70m左右，巖巷掘進(jìn)速度相對(duì)較慢[4-9]。因此，亟需尋求一種巖巷快速掘進(jìn)的施工工藝。基于此對(duì)全巖巷道快速掘進(jìn)綜合技術(shù)進(jìn)行研究。

1 大斷面巷道中深孔爆破技術(shù)研究

針對(duì)全巖巷道的掘進(jìn)條件，為多創(chuàng)造自由面，對(duì)掏槽眼的布置方式、起爆順序進(jìn)行研究，采用復(fù)式楔形掏槽爆破方式。

復(fù)式楔形掏槽爆破機(jī)理見(jiàn)圖1，掏槽眼共計(jì)12個(gè)。其中：炮孔1～10為楔形孔；炮孔11和炮孔12為直孔，垂直于掌子面。炮孔編號(hào)中第一個(gè)數(shù)字代表掏槽眼編號(hào)，第二個(gè)數(shù)字代表起爆順序。當(dāng)一段雷管起爆后，由于炮孔間距較小，自由面單一，巖石夾制作用較大，故一段6個(gè)炮孔掏槽后，所成槽腔體積有限，底部呈現(xiàn)駝峰形。當(dāng)?shù)诙卫坠芷鸨瑫r(shí)，借助第一組掏槽孔形成的槽腔，4個(gè)楔形掏槽孔破巖時(shí)夾制作用明顯降低，巖石可以得到充分破碎。同時(shí)由于中心孔的存在，更加有利于槽腔中心巖體的破碎，避免了槽腔底部“鼓肚”的形成，中心孔還可以改善巖石的拋擲效果，有利于形成更大的槽腔。

井下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，施工巷道全長(zhǎng)2400m，巷道斷面22.5m2。頂板在粉砂巖及砂巖內(nèi)，上覆煤層未開(kāi)采。現(xiàn)場(chǎng)爆破結(jié)果統(tǒng)計(jì)及與原爆破方式對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

圖1 復(fù)式楔形掏槽爆破原理

2 大斷面巷道掘進(jìn)配套機(jī)械裝備研究

為實(shí)現(xiàn)大斷面巖巷的高效優(yōu)質(zhì)掘進(jìn)，對(duì)全巖作業(yè)線的優(yōu)化配置進(jìn)行了系統(tǒng)研究，引入了大型高效的機(jī)械化設(shè)備，為破巖、裝巖和出矸提供了有力保障，高效機(jī)械化設(shè)備的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)巷道快速掘進(jìn)的基礎(chǔ)。

1)履帶式全液壓鉆車(chē)。巷道采用鉆爆法施工時(shí)，巷道掘進(jìn)的第一個(gè)工序就是鉆眼。本文研究采用CMJ17履帶式全液壓鉆車(chē)作為鉆孔設(shè)備，該鉆車(chē)采用全液壓鑿巖系統(tǒng)，雙臂鑿巖，鑿巖速度快，工作效率高，鑿巖速度可達(dá)0.8～2.0m/min；液壓系統(tǒng)先進(jìn)，設(shè)有鑿巖機(jī)自動(dòng)返回及防卡釬裝置，操作方便，安全可靠。靈活的液壓鑿巖結(jié)構(gòu)對(duì)巷道的工作面、頂板、側(cè)幫、底板均能鑿巖作業(yè)。該機(jī)不僅能鉆鑿掘進(jìn)炮孔，根據(jù)斷面大小情況，裝上適當(dāng)?shù)耐七M(jìn)器后，還能很方便的鉆鑿錨桿孔。

2)側(cè)卸式裝巖機(jī)。ZCY-60R型側(cè)卸式裝巖機(jī)作為備用裝矸設(shè)備，當(dāng)后路巷道需要修復(fù)時(shí)，使用多功能鏟裝車(chē)進(jìn)行臥底，ZCY-60R型側(cè)卸式裝巖機(jī)進(jìn)迎頭進(jìn)行裝巖。

3)單軌吊運(yùn)輸機(jī)車(chē)。在綜掘工作面，根據(jù)載荷的大小可選用三驅(qū)、四驅(qū)和五驅(qū)電牽引單軌吊運(yùn)機(jī)車(chē)，主要運(yùn)輸采掘工作面的物料、設(shè)備、及人員等。

4)梭式礦車(chē)。采用SD-14/9B梭式礦車(chē)進(jìn)行臨時(shí)儲(chǔ)矸并轉(zhuǎn)載，最終將矸石裝入礦車(chē)運(yùn)走。

全液壓鉆車(chē)鉆眼的施工程序：迎頭采用臺(tái)車(chē)鉆眼，放炮前將液壓鉆車(chē)、鏟裝車(chē)皮帶一側(cè)，做好防打保護(hù)，然后采用全斷面一次起爆。

炮后對(duì)浮矸以上巖面進(jìn)行敲幫問(wèn)頂和初噴，初噴后由WJ-4FB柴油防爆多功能鏟裝車(chē)裝巖，皮帶運(yùn)至后路SD-14/9B梭式礦車(chē)進(jìn)行臨時(shí)儲(chǔ)矸并轉(zhuǎn)載，將矸石裝入礦車(chē)運(yùn)走。迎頭排矸結(jié)束后，用液壓鉆車(chē)打支護(hù)眼，進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)，最后集中噴漿。皮帶機(jī)尾安裝在距迎頭30～50m，每掘進(jìn)20m延長(zhǎng)一次。皮帶機(jī)頭安放在第二次拐彎處，距三岔門(mén)131m。

5)后路戰(zhàn)線長(zhǎng)、設(shè)備多，為提高各施工環(huán)節(jié)之間的銜接，特別是后路運(yùn)輸系統(tǒng)人員的快速準(zhǔn)確通訊，在該巷道及后路運(yùn)輸路線安裝了泄露通信。通過(guò)泄露電纜的天線輻射作用，使工作人員能夠隨時(shí)隨地聯(lián)系，保證各環(huán)節(jié)銜接順暢，提高了工作效率。

3 大斷面巷道支護(hù)工藝研究

改革支護(hù)工藝，將原有施工工藝由“錨、網(wǎng)噴”改為“初噴→打錨桿→二噴→打錨桿掛網(wǎng)→復(fù)噴成形”。二次支護(hù)采用液壓鉆車(chē)打眼，巷道快速掘進(jìn)工藝見(jiàn)圖2。

迎頭放炮后，摘除懸矸危巖，先扒出迎頭矸石直到迎頭可支起噴槍進(jìn)行噴射，由掘進(jìn)班初噴30mm以上封閉圍巖做臨時(shí)支護(hù)，按間排距1000mm×800mm布置第一遍錨桿，要求放置在二噴后外露長(zhǎng)度不少于100mm的10#鐵絲為掛網(wǎng)準(zhǔn)備；迎頭范圍內(nèi)進(jìn)行二噴，噴厚80mm(以上為一次支護(hù))。復(fù)噴組拖后60～100m范圍內(nèi)按錨桿間排距1000mm×800mm布置第二遍錨桿，錨桿呈五花布置，掛網(wǎng)、拉線噴漿(復(fù)噴)封網(wǎng)，復(fù)噴厚度40mm，達(dá)到總設(shè)計(jì)厚度(以上為二次支護(hù))。采用錨網(wǎng)噴二次支護(hù)工藝，通過(guò)拖后時(shí)間使圍巖應(yīng)力得到釋放，減少其對(duì)噴層的破壞，也加大作業(yè)空間，為平行作業(yè)創(chuàng)造條件。

圖2 深部巷道快速掘進(jìn)技術(shù)與工藝

支護(hù)程序：初噴(噴厚30mm)→錨桿(1000mm×1000mm)→復(fù)噴(噴厚80mm)→錨網(wǎng)(1000mm×1000mm，距迎頭80m)→復(fù)噴(噴厚40mm)。

4 結(jié)論

1)復(fù)式楔形掏槽爆破提高了炮眼利用率；平均進(jìn)尺達(dá)到2m以上，炮眼利用率均達(dá)到95%。

2)多功能側(cè)卸式鏟裝車(chē)和長(zhǎng)距離運(yùn)輸能力的皮帶，配合液壓鉆車(chē)和梭礦進(jìn)行使用，形成快速有效的全巖作業(yè)方式，實(shí)現(xiàn)了全斷面一次掘進(jìn)、一次排矸，效率大幅度提高。

3)采用先進(jìn)全巖作業(yè)線，配合中深孔爆破技術(shù)，優(yōu)化勞動(dòng)組織形式和施工工藝，提高勞動(dòng)效率，使掘進(jìn)速度比原有提高30%以上，月進(jìn)達(dá)120m，掘進(jìn)速度明顯提高。

[1] 張奇，楊永琦，金乾坤，等.直眼掏槽爆破機(jī)理若干基本問(wèn)題的研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，1997，22(3)：284-287.

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Rapid excavation method of middle-deep hole blasting in integrated mechanized construction

YANG Guo-liang，F(xiàn)ENG Dong-kai，CHEN Gao，YUAN Fu-xian，ZHEN Shi-rong

(School of Mechanics and Construction Engineering，China University of Mining and Technology，Beijing 100083，China)

To solve the whole rock roadway excavation rapidly process technology challenges，it needs to introduce multifunction discharge type loading working with hydraulic drill jumbo and shuttle mining equipment，and put forward suitable for deep hole blasting in the reasonable cutting form and cutting parameters，and reform the supporting process，so that it can form a quick and efficient way of whole rock homework.Finally it enters up to 120m per month in a mine application.

rapid excavation rock lane；side uninstall rock machine；hydraulic drilling rig；bolting

2014-11-04

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目資助(編號(hào)：51134025)；國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目資助(編號(hào)：51274203；51374210)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)專(zhuān)項(xiàng)基金項(xiàng)目資助(編號(hào)：2011QL01)

楊國(guó)梁(1979-)，男，遼寧葫蘆島人，講師，工學(xué)博士，2005年畢業(yè)于北京理工大學(xué)工程力學(xué)專(zhuān)業(yè)，講師，主要從事爆破與沖擊方面的研究。E-mail：yanggl531@163.com。

馮棟凱(1989-)，男，漢，河南林州人，研究生，攻讀中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)建筑與土木工程專(zhuān)業(yè)。E-mail：1192720116@qq.com。

TD235

A

1004-4051(2015)07-0087-03