淺談全巖巷道單進水平技術與應用

羅洪

四川達竹煤電（集團）有限責任公司

正文：

1. 工程概況

龍門峽北礦位于達州市城區南西220°方位，直距約75km。礦區北距渠縣縣城17km、東距大竹縣縣城20km，西距廣安市城區約40km。地理坐標為東經107°01′19″～107°03′48″，北緯30°38′38″～30°44′32″。井田范圍南起原龍門峽井田的19線（廣安與達州界線附近劉家灣至大梁坪），北至原立竹寺勘探區的23-1線（易家灣至石盤灣），東面為大竹龍洞坡經渠縣李家埡口至石盤灣一線，西面止于渠縣木耳灣經聶家坡至河家小壩一線。勘查區南北長約11.00km，東西平均寬1.44km，面積為15.64 km2，勘查深度至-200m。勘查區由1～14號共14個拐點依次直線連接圈定。

礦井采用平硐－暗斜井開拓方式。礦井設計生產能力為450kt/a；全井田劃分為+50m和-200m兩個水平。共劃分十一個采區。龍門峽北井田含煤2－3層，一般為1層。從下至上煤層編號為I0、I1、I2煤層。I0煤層位于龍潭組一段下部，煤厚0.00～0.15m，平均0.01m；該煤層結構簡單，厚度變化大，僅在個別鉆孔見有煤線，屬不可采煤層。I1煤層位于龍潭組一段下部，屬全區可采煤層； I2煤層位于龍潭組一段下部，煤厚0.00～0.54m,平均0.10m；該煤層結構簡單，厚度變化大，僅在勘查區南部邊界的19-2、N19-1號鉆孔中達可采，為零星分布的孤立點，屬不可采煤層。本段煤層平均總厚1.93m，含煤系數為9.9%，全區可采煤層含煤系數9.3%。

龍門峽北礦主平硐于2009年7月14日正式開始施工。主平硐設計長度2520m ,掘進斷面S=17.2m2，凈斷面S=15.7m2，設計采用錨（網）噴作永久支護。錨桿間距800mm，噴漿厚度50mm。(附圖1：主平硐斷面支護)

圖1 主平通斷面支護圖（1：50）S凈=15.7m2 S掘=17.2 m2

主平硐主要穿過的巖性侏羅系統的沙溪廟組、中下統自流井組大安塞段、中下統自流組東岳廟段、下統珍珠沖組和三迭系上統須家河組的第六、七段、第五段、第四段、第三段、第二段、第一段以及三迭系中統雷口坡組、三迭系下統嘉陵江組第四段、第三段、第二段等。

2. 分析原因

煤炭企業提高煤炭產量，提高掘進單進水平，方可降低煤炭生產成本，才能更好的適應市場經濟的需要，在市場改革中生存和發展。通過綜合分析認為：龍門峽北礦剛開始基本建設，在基本建設期間，加快巷道掘進，提高單進水平，不僅可以使礦井早日投產，生產煤炭，而且可以減少資金占用時間。

巷道掘進是煤礦生產中的重要的工程內容，也是制約礦井提前投產的關鍵因素。目前，達竹公司的生產礦井掘進單進水平普遍較低，在施工組織施工裝備均無突破性的進展。即使用7655風錘打眼、P-15（17）型耙斗式耙裝機裝巖、1T礦車運輸的施工組織模式。在鉆爆法施工掘進工作面，月進度不超過100m的掘進頭占有相當大的比例，在超過10m2的斷面巷道月單進水平也不超過100m。

單進水平低導致采掘接替緊張，影響企業效益，不利于安全管理。在掘進水平沒有大幅度提高的情況下煤炭產量在急劇增加，導致煤礦采煤工作面接替緊張，無煤炭開采，制約了煤炭生產效率，嚴重影響企業生產有序進行。為此煤礦必須多開掘進磧頭，增加掘進班組，增加耙矸機、提升絞車等掘進施工設備，導致工作面單進水平低下，掘進人工效率不高；施工環節較多，人員密度加大，增加了人員出安全事故的機率，不利于安全管理。

制約單進水平提高的因素包括裝備更新、施工組織管理水平及掘進工藝的提高，三者之間相互聯系、相互制約。裝備更新是基本影響因素，科學合理的施工組織是實現快速掘進保障，爆破爆眼的布置好壞影響爆破效果，是影響掘進單進水平提高的關鍵。我公司傳統施工的局限，傳統的裝巖工藝，排矸時間長，各工序平行作業時間短，大斷面巖巷掘進的拱部和幫部的爆破、支護一般采多采用分次實施，以耙斗式裝巖機為主的運輸作業線難以實現深部大斷面巖巷的快速掘進。

2.1 研究對策

在掘進方案現場調研和深入分析的基礎上，獲得“鉆、爆、裝、運、支“各個工序影響掘進速度的程度和所占時間的比例，找出提高掘進速度的主要途徑。在爆破方面，根據爆破基礎理論和巖體的物理力學性質，分析研究爆破過程中爆炸與圍巖的相互作用機理，以巖體的爆破機理指導設計炮眼布置、裝藥量、雷管延時與段數、起爆順序，以達到炮眼布置少、炮眼利用率高、循環進尺高、光爆效果好的目的；在裝巖運輸方面，首先從設備入手，研究新型裝備及配套方案，擬采用液壓挖渣機和移動矸石倉的掘進配套方案，研究新的配套方案中對原工序和勞動組織的調整方法：支護方面，在巷道破壞機理分析和物理模擬基礎上，運用松動圈實測和錨桿支護基礎理論建立新型支護專家系統，分析并提出安全、合理設計方案與支護參數。

2.1.1 爆破

準直眼掏槽、全斷面一次起爆的中深孔爆破技術。 優化磧頭炮眼的布置，包括炮眼個數及布置角度、每眼裝藥量、各眼起爆順序和爆破延時段數，實現炮眼的利用率最大化；磧頭爆破要求達到理想化光面爆破效果，選用強力發爆器，提高聯線的質量，實現全斷面一次裝藥一次起爆；在現有鉆眼設備和巖石條件下，確定炮眼深度與施工速度、掘進效率之間的關系，確定最佳炮眼深度。

按目前達竹公司礦井巷道爆破時炮眼布置方式，全巖巷施工炮眼布置時，在巷道下方底板上600mm開始，布置掏槽眼6個，水平眼距1200mm，垂直眼距在250～300mm，采用垂直楔形掏槽，炮眼利用率一般為75～85%，班組施工時為了減少炮眼施工個數，往往把掏槽眼布置在距巷道底板為300mm，這種炮眼布置方法，在同等的斷面可少掘3～4個眼子，但炮眼利用率比較低，對提高單進水平是極不利。

通過理論分析和現場試驗，研究確定合理1—5#雷管（5#不超過130ms）段號，實現超過10m2巖石巷道一次裝藥一次起爆，以縮短裝藥放炮等輔助工作時間。

采用兩階段直眼、斜眼混合掏槽方式（準直眼掏槽）可以繼承直眼和斜眼掏槽的有點，同時克服它們的不足，其主要參數為外層槽眼的傾角為75—85°（斜眼掏槽的傾角為65—75°），一段起爆，深度比其余炮眼深10%—15%；中間加兩個直眼，在其下部裝藥，二段起爆。這種掏槽方式從根本上其優越性主要體現在如下幾個方面：炮眼少、槽腔大、易于操作，爆破效率高。

使用水膠炸藥，該炸藥威力高、安全性好、抗水性強、價格低廉，猛度可達15—20mm爆速可達3500—4500m/s，可用于井下小直徑（32mm）炮眼爆破，并且不會出現管道效應（這是中深孔爆破中選用水膠炸藥的主要因素），尤其適用于井下有水且堅硬巖石中的中深孔爆破。

周邊眼選擇采用小直徑藥卷（直徑25mm或23mm）水膠炸藥，其它炮眼采用∮27mm×400mm×300g的水膠炸藥，既保證了藥量又能確保對圍巖的破壞最小，達到理想的光爆效果。

推行中深孔光面爆破，摸索出最佳炮眼深度，將炮眼深度有原來2.0m改為2.3m.同時使用高威力水膠炸藥，采用MFB—200型數顯示發爆器，將原來每個循環放兩次起爆改為一次起爆，每次起爆帶動70多發雷管，提高了炮眼利用率，減少了瞎炮現象，使每炮循環進尺由平均1.8m提高到2.2m，并確保了光爆成型，光爆巖痕率保持在80%以上。（附圖2）

圖2 爆破三視圖（1：50）S掘=17.2 m2

通過生產實踐采用準直掏槽眼拋渣爆破技術，提高了掏槽爆破效果和裝巖效率，使用2.5m釬子打眼，放炮進尺達到2.1—2.3m比原來循環進尺增加了0.3—0.4m。準直掏槽眼的掏槽能夠保證中深孔爆破的效果，在不增加炮眼布置數量的情況下，炮眼利用率均大于95%，利用率提高了15%。

采用全斷面一次性放炮裝藥，放炮裝藥時間明顯減少，裝藥時間為44—45分鐘，整個放炮工序完成在60分鐘左右。和兩次裝藥兩次起爆相比（整個放炮工序完成平均要75分鐘）能節約了15分鐘以上。

由于對上部周邊眼采用小直徑炸藥不耦合裝藥，適應迎頭圍巖節理較發育的情況，爆破后巷道成型方面有所改善，頂板較完整。

2.1.2 裝 矸

運用軌輪式挖斗裝載機排矸更有利于排矸。龍門峽北礦主平硐巷道巖性主要為砂巖和灰巖，采用耙斗式耙矸機排矸，耙斗在矸石堆中反復運作后形成大量泥漿或巖粉沉淀物，導致耙斗不能耙動矸石，只能用人工采用鎬或刨清理矸石，浪費大量的人力和時間。耙斗式裝載機采用液壓傳動行走和運渣刮板運動均為液壓馬達驅動，工作機構的大臂、小臂、臂回轉、轉臺、挖斗及運輸槽的升降運動全部由液壓系統的保護裝置能使該機連續平穩地工作。耙斗式裝載機設置有噴水系統，能更大地減少粉塵污染，清潔空氣。裝載機的下挖深度可達軌面以下300—900mm給延伸工作面。耙斗式裝載機具有高效、節能、噪音低等特點，裝載機行走方式為軌輪式。該機可連續把巖渣進行挖掘、扒取、輸送到矸石倉、礦車和其他運輸設備上。連續的生產過程具有裝載平穩、挖掘范圍大、不撒料、高效、連續性等特點（附耙斗機結構圖3、耙裝圖4）

圖3 軌輪式耙斗機結構圖

圖4 軌輪式耙斗機耙裝圖

2.1.3 排 矸

現場試驗研究軌輪式挖斗裝載機和移動矸石倉的掘進配套方案，大幅度減少倒矸、裝巖的時間，提高施工效率。

研制、運用了軌輪式液壓挖渣機配合大容量梭式礦車作移動矸石倉，保證裝、運機械化快速施工的普掘作業線，形成一套快省、連續的裝、排矸新系統。有效增加了打眼、裝巖運輸和支護平行作業時間，縮短了循環時間，降低了工人的勞動強度。梭式礦車，型號S14A/B型梭式，礦車容積14m3、最大載重量28t、軌距600mm、外形尺寸長11.255m、寬1.71 m、高1.8m、裝滿后卸料時間為2分鐘。

采用這種排矸方式循環排矸時間一般在3—4小時，減少調車時間2小時，比用普通1T礦車排矸每循環節省時間5—6小時，效率提高150%。

3.經濟效益

3.1 龍門峽北礦主平硐從2009年7月14日開始施工，其中地面明槽砌碹20m，施工時間20多天。采用短掘短支的掘進方式。巷道施工方式：開挖拱部 → 拱部砌碹 → 開挖墻部 → 支護墻部。主要原理是利用墻部實體巖石支護拱部砌碹，有力地杜絕了空頂作業，更加保證了安全生產。

3.2 大大地提高了循環進度。主平硐從2009年8月正式進入基巖掘進，有效炮眼一般按2.2m深布置，循環進度均大于2.1m，平均月進度160m，從2009年9月連續11個月月單進水平達160m。

3.3 采用梭式礦車排矸，裝滿后卸料時間為2分鐘。采用這種排矸方式循環排矸時間一般在3—4小時，減少調車時間2小時，比用1T礦車每循環節省時間5—6小時，效率提高150%，使循環時間有原來的9小時縮減到6小時，每天掘進3.5個循環。

3.4 我們嚴格要求工程質量管理。在巷道施工特別是布置，要求周邊眼間距符合設計的間距400mm，嚴格按光面爆破要求，工程質量優良品率為100%。