礦山平巷掘進機械化作業探索

潘 謹

(錫礦山閃星銻業有限責任公司， 湖南 冷水江市 417502)

礦山平巷掘進機械化作業探索

潘 謹

(錫礦山閃星銻業有限責任公司， 湖南 冷水江市 417502)

錫礦山閃星銻業有限責任公司為改變平巷掘進工藝的落后狀況，針對巖石硬度高、斷面大的平巷，優化設計了以CMJ系列全液壓掘進鉆車、軌輪挖掘式裝載機(扒渣機)、礦車組、牽引機車等設備組成的平巷掘進機械化作業線。應用該機械化作業線，每班可完成2個掘進作業循環，單個作業循環掘進進尺達2 m以上，顯著提高了掘進效率，大大減輕了操作工人的勞動強度和作業安全條件，具有較好的推廣應用前景。

平巷掘進；機械化作業；掘進工藝；施工組織措施

0 前 言

錫礦山閃星銻業有限責任公司平巷掘進采用鑿巖爆破法掘進工藝，起步較早，已全面實現了鑿巖機械化。1974年以來，礦山在平巷掘進中推廣應用了PYT-2型鑿巖臺車，平巷掘進機械化作業線配套設備由PYT-2型鑿巖臺車、華-1型裝巖機、0.5 m3斗式轉載機、1 m3側卸礦車、3 t電機車組成，平巷掘進速度得到了很大提高。但近年來，該公司由于各方面的因素影響，平巷掘進作業機械化出現倒退。鑿巖采用YT-27氣腿式鉆機，裝巖采用E-30型裝巖機，爆破參數沒有改進，炮眼質量差、炮眼深度不夠，巷道掘進率僅達到70%～75%。礦山平巷掘進工藝的落后現狀，嚴重制約著礦山深部中段開拓的進度，影響了三級礦量的平衡，極大地阻礙了礦山生產持續平衡發展。為了改變這種狀況，該公司2013年在采選廠深部中段開拓中采用CMJ全液壓掘進鉆車鑿巖、軌輪挖掘式裝載機裝巖、牽引機車帶動礦車組運輸的平巷掘進機械化作業線作業，試驗優化鑿巖爆破參數，使單個掘進作業循環孔深達到2.4 m以上，爆破率超過90%，從而大大提高礦山平巷掘進效率，推進了礦山深部開拓快速發展。

1 巖石的物理力學性質

錫礦山銻礦田包括老礦山、童家院、飛水巖及物華等四個工業礦床，它們分別產于四個同名次級背斜之中，互為斷裂或無礦地段所隔而獨立存在，礦床大小及分布范圍受背斜形態和大小所控制，其中以飛水巖礦床規模最大，童家院礦床次之，物華礦床最小，所有工業礦體均產于硅化灰巖之中，呈多層的似層狀、側羽狀產出，f=10～20。上覆頂板為厚層或夾層頁巖，f=3～4。賦存礦體的硅化灰巖，一般致密堅硬，穩固性好，但在斷層附近，巖溶(空洞)發育，巖石破碎呈半膠結狀態，賦存礦體部位還存在層間破碎帶和礦石的溶蝕空洞，而且上覆為鈣質頁巖與泥晶灰巖互層的軟弱層，穩定性差，易發生板狀坍塌冒落等工程問題，工程地質屬中等類型。

為合理地選擇鑿巖設備、爆破手段及巷道維護方法，該公司開展了巖石力學參數實驗與巖體質量評價，在現場采取灰巖、頁巖和礦巖3種試樣，在二次加工后測試了試樣的容重、單軸抗壓強度、彈性模量、泊松比及單軸抗拉強度參數，其礦巖力學參數試驗結果見表1。通過運用RQD值、Q系統、RMR值3種巖石質量分級方法對灰巖、頁巖和礦巖巖石質量評價，得出灰巖和礦巖巖石質量中等，頁巖巖石質量較差。

表1 巖石力學參數試驗結果

2 礦山平巷掘進機械化配套方案

機械化作業線，為掘進線上的施工機械配套，形成一條效率高、配合較好、生產能力基本均衡、連續生產的完整的作業線。

錫礦山銻礦平巷工程主要是中段石門、井底車場、沿脈、探礦穿脈、運道，這些工程位于礦體下盤，巖石一般為灰巖或硅化灰巖，巖石硬度大，穩定性好，可鉆性與可爆性較差，合理選擇鑿巖設備，是提高平巷掘進機械化作業水平的關鍵。根據礦山巖石的特點，使用高效率鑿巖臺車及液壓鑿巖機，并選擇高效裝巖機與之配套。使用自行設備鑿巖和出碴，明顯地可提高掘進工效和速度、降低掘進成本。但礦山已形成了有軌運輸系統，一時難以改變。綜合巖石特點、巷道斷面、運輸系統等諸方面的因素，選擇的平巷掘進機械化作業線配套方案由CMJ系列全液壓掘進鉆車、軌輪挖掘式裝載機、礦車組、牽引機車組成。

2.1 全液壓掘進鉆車

機械化作業線鑿巖設備使用全液壓掘進鉆車，其全液壓掘進鉆車主要技術參數見表2。

2.2 軌輪挖掘式裝載機

表2 全液壓掘進鉆車技術參數

機械化作業線裝巖設備使用軌輪挖掘式裝載機，其裝載機主要技術參數見表3。

表3 軌輪挖掘式裝載機技術參數

2.3 礦車組與牽引機車

機械化作業線運輸設備使用2臺7 t架線式電機車牽引16個容積為1.2 m3的側卸式礦車。

3 掘進工藝

平巷掘進采用鑿巖爆破法，其施工的主要工序有鑿巖、爆破、裝巖和支護；輔助工序則有：撬松石、通風、鋪軌、接管線等。

3.1 鑿 巖

平巷所穿過的巖層主要是灰巖或硅化灰巖，其次是頁巖，灰巖普氏系數為10～16，硅化灰巖普氏系數為14～20，頁巖普氏系數為3～4，南區巖石可鑿性好，但可爆性較差，北區巖石硬度高，可鑿性較差，但可爆性好。采用機械化作業線作業的平巷主要是沿脈、探礦穿脈、運道，沿脈和運道斷面尺寸為2.8 m×2.6 m，探礦穿脈為2.4 m×2.4 m。探礦穿脈彎道半徑為12 m，運道彎道半徑為15 m。

鑿巖設備選用CMJ系列全液壓掘進鉆車，每臺鉆車配備兩臺HYD200型外回轉式鉆機。使用一字型合金鉆頭鉆孔采用中空五眼桶形掏槽方式，孔深2.4 m，孔徑38～46 mm，每個作業循環布置眼27個左右。沿脈配激光指向儀指向。

3.2 爆 破

爆破采用平行淺孔爆破方式。工作面炮眼布置分為掏槽眼、輔助眼、周邊眼，爆破炸藥為2#巖石乳化炸藥，掏槽眼裝藥系數為90%，輔助眼裝藥系數為60%～75%，周邊眼裝藥系數為50%～65%，各炮眼均用含砂的黃泥進行填塞，填塞長度不少于0.2 m。起爆采用導爆管非電半秒延時雷管簇聯，用傳爆導爆管連接在安全地點應用高能起爆器實現一次起爆。

3.3 通 風

通風的目的在于將爆破后產生的炮煙和游離粉塵及鑿巖過程中產生的粉塵和水汽稀釋并排出工作面，獨頭長巷道掘進時采用混合式通風方式。為了確保通風的效果，扇風機的位置、風管距工作面的距離要隨著工作面的推進向前移動，達到礦山安全標準化要求。

3.4 裝 巖

在確認沒有瞎炮，炮煙已被排除并清除了頂板及兩幫的松石之后才進行裝巖。裝巖前，要先灑水以降低工作面的粉塵。裝巖時，利用相鄰已掘好的穿脈調車。

3.5 支 護

平巷穿過的圍巖為灰巖或硅化灰巖時，巖石比較穩定，一般不支護。當平巷穿過破碎帶或溶洞時，采用料石拱支護。當平巷穿過頁巖時，采用錨噴支護。錨噴支護分兩步進行，第一步是先安裝快硬水泥卷錨桿，錨桿長2 m，網度1 m×1 m，爆破前允許空頂1 m，爆破后允許空頂3 m。待平巷達到一定長度后，再集中噴射混凝土，混凝土噴射厚度為50～80 mm。

3.6 軌道的敷設

隨著巷道工作面不斷向前推移，為了利于軌輪挖掘機的扒裝，需要將軌道接長。工作面每個作業循環鑿巖深度2.4 m左右，實際進尺約2 m。因此，每個工作面一個作業循環采用2 m的短軌敷設，當3節短軌達到6 m時，拆去臨時短軌，再換上6 m的標準軌道。

4 施工技術組織措施

4.1 施工方法

為了提高機械化作業線設備利用效益，每套作業線配置2個以上工作面，一個工作面鑿巖，一個工作面裝巖，一套設備每班可掘進2個工作面，其工作面作業循環所需時間見表4。掘進作業循環總時間370 min，吹眼、接軌、接分水管及架線為平行作業時間。

表4 掘進作業循環時間 /min

4.2 施工組織措施

鑿巖時實行編組分區，每臺鉆車安排2人作業，配備2個工作面。鑿巖工作是循環的主要工序，設計每個工作面鑿巖時間為2 h，一臺鉆車每班掘兩個循環。

爆破工作做到定人、定位。每組2人，負責多個作業面的爆破，由工區安排調配，以優先考慮機械化作業線為原則。

裝運卸機械化作業做到裝巖、轉卸、卸載一次完成，每組3人，一人裝巖，一人駕駛電機車，一人扳道調車，設計每個工作面2.5 h左右，每班裝運兩個工作面。

撬松石、鋪軌、接管線由工區統籌安排人員作業；通風設施安裝由專門的通風工區組織安排，如需支護作業，則由專門的工程隊完成。

4.3 施工技術措施

平巷掘進過程中，地、測、采技術人員要及時深入現場檢查指導，以保證斷面及坡度的質量。直線段用激光儀導向，15～20 m給定中、腰、幫、頂板線，曲線段按循環給定中、腰、幫、頂板線，并及時跟上導線測量。另外，還必須對平巷穿過的巖石種類、巖性及其構造進行素描紀錄，及時提供施工參考的巖種、巖性及水文資料。對于節理裂隙比較發育的巖體，要及時組織技術鑒定以確定是否需要支護，并提出支護設計和安全措施。

為了提高鉆眼工作質量，可制作各類巖石布孔幻燈片，安設布孔投影儀，將炮眼位置清晰地投射在掘進工作面上，只要改變一張幻燈片就可以改變炮眼布置圖。

4.4 施工安全措施

施工過程中，要嚴格遵守安全操作規程，各工序施工前，要認真檢查作業面安全狀態，填寫安全確認牌，前道工序安全隱患未消除，不能轉入下道工序作業。進入獨頭巷道前，要先通風；鑿巖前要洗工作面；裝巖時要灑水；爆破時要先確定人員和設備的安全距離，并設置警戒，待人員和設備進入安全距離以外后，才能點火起爆。

5 結 論

以CMJ系列全液壓掘進鉆車、軌輪挖掘式裝載機(扒渣機)、礦車組、牽引機車等設備配套組成的礦山平巷掘進機械化作業線，在巖石硬度高、斷面大的條件下，每班可完成2個掘進作業循環，單個作業循環掘進進尺達2 m以上，掘進效率顯著提高。該作業線采用功率大、鉆速快、在大斷面巷道能打任何位置炮眼的全液壓掘進鉆車，配備高效的裝巖設備，可大大減輕操作工人的勞動強度和作業安全條件，具有較好的推廣應用前景。

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[5]張運良，曾習華，李志成，等.提高平巷掘進爆破效率的初嘗試[J].礦業研究與開發，1999,17(3).

2014-04-28)

潘 謹(1977-)，男，漢族，湖南冷水江人，采礦工程師，主要從事采礦技術設計與管理工作,Email:XKSHXH@163.com。