淺談全巖巷道單進(jìn)水平技術(shù)與應(yīng)用

羅洪

四川達(dá)竹煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司

正文：

1. 工程概況

龍門(mén)峽北礦位于達(dá)州市城區(qū)南西220°方位，直距約75km。礦區(qū)北距渠縣縣城17km、東距大竹縣縣城20km，西距廣安市城區(qū)約40km。地理坐標(biāo)為東經(jīng)107°01′19″～107°03′48″，北緯30°38′38″～30°44′32″。井田范圍南起原龍門(mén)峽井田的19線（廣安與達(dá)州界線附近劉家灣至大梁坪），北至原立竹寺勘探區(qū)的23-1線（易家灣至石盤(pán)灣），東面為大竹龍洞坡經(jīng)渠縣李家埡口至石盤(pán)灣一線，西面止于渠縣木耳灣經(jīng)聶家坡至河家小壩一線。勘查區(qū)南北長(zhǎng)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(qū)由1～14號(hào)共14個(gè)拐點(diǎn)依次直線連接圈定。

礦井采用平硐－暗斜井開(kāi)拓方式。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為450kt/a；全井田劃分為+50m和-200m兩個(gè)水平。共劃分十一個(gè)采區(qū)。龍門(mén)峽北井田含煤2－3層，一般為1層。從下至上煤層編號(hào)為I0、I1、I2煤層。I0煤層位于龍?zhí)督M一段下部，煤厚0.00～0.15m，平均0.01m；該煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，厚度變化大，僅在個(gè)別鉆孔見(jiàn)有煤線，屬不可采煤層。I1煤層位于龍?zhí)督M一段下部，屬全區(qū)可采煤層； I2煤層位于龍?zhí)督M一段下部，煤厚0.00～0.54m,平均0.10m；該煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，厚度變化大，僅在勘查區(qū)南部邊界的19-2、N19-1號(hào)鉆孔中達(dá)可采，為零星分布的孤立點(diǎn)，屬不可采煤層。本段煤層平均總厚1.93m，含煤系數(shù)為9.9%，全區(qū)可采煤層含煤系數(shù)9.3%。

龍門(mén)峽北礦主平硐于2009年7月14日正式開(kāi)始施工。主平硐設(shè)計(jì)長(zhǎng)度2520m ,掘進(jìn)斷面S=17.2m2，凈斷面S=15.7m2，設(shè)計(jì)采用錨（網(wǎng)）噴作永久支護(hù)。錨桿間距800mm，噴漿厚度50mm。(附圖1：主平硐斷面支護(hù))

圖1 主平通斷面支護(hù)圖（1：50）S凈=15.7m2 S掘=17.2 m2

主平硐主要穿過(guò)的巖性侏羅系統(tǒng)的沙溪廟組、中下統(tǒng)自流井組大安塞段、中下統(tǒng)自流組東岳廟段、下統(tǒng)珍珠沖組和三迭系上統(tǒng)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(tǒng)雷口坡組、三迭系下統(tǒng)嘉陵江組第四段、第三段、第二段等。

2. 分析原因

煤炭企業(yè)提高煤炭產(chǎn)量，提高掘進(jìn)單進(jìn)水平，方可降低煤炭生產(chǎn)成本，才能更好的適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的需要，在市場(chǎng)改革中生存和發(fā)展。通過(guò)綜合分析認(rèn)為：龍門(mén)峽北礦剛開(kāi)始基本建設(shè)，在基本建設(shè)期間，加快巷道掘進(jìn)，提高單進(jìn)水平，不僅可以使礦井早日投產(chǎn)，生產(chǎn)煤炭，而且可以減少資金占用時(shí)間。

巷道掘進(jìn)是煤礦生產(chǎn)中的重要的工程內(nèi)容，也是制約礦井提前投產(chǎn)的關(guān)鍵因素。目前，達(dá)竹公司的生產(chǎn)礦井掘進(jìn)單進(jìn)水平普遍較低，在施工組織施工裝備均無(wú)突破性的進(jìn)展。即使用7655風(fēng)錘打眼、P-15（17）型耙斗式耙裝機(jī)裝巖、1T礦車運(yùn)輸?shù)氖┕そM織模式。在鉆爆法施工掘進(jìn)工作面，月進(jìn)度不超過(guò)100m的掘進(jìn)頭占有相當(dāng)大的比例，在超過(guò)10m2的斷面巷道月單進(jìn)水平也不超過(guò)100m。

單進(jìn)水平低導(dǎo)致采掘接替緊張，影響企業(yè)效益，不利于安全管理。在掘進(jìn)水平?jīng)]有大幅度提高的情況下煤炭產(chǎn)量在急劇增加，導(dǎo)致煤礦采煤工作面接替緊張，無(wú)煤炭開(kāi)采，制約了煤炭生產(chǎn)效率，嚴(yán)重影響企業(yè)生產(chǎn)有序進(jìn)行。為此煤礦必須多開(kāi)掘進(jìn)磧頭，增加掘進(jìn)班組，增加耙矸機(jī)、提升絞車等掘進(jìn)施工設(shè)備，導(dǎo)致工作面單進(jìn)水平低下，掘進(jìn)人工效率不高；施工環(huán)節(jié)較多，人員密度加大，增加了人員出安全事故的機(jī)率，不利于安全管理。

制約單進(jìn)水平提高的因素包括裝備更新、施工組織管理水平及掘進(jìn)工藝的提高，三者之間相互聯(lián)系、相互制約。裝備更新是基本影響因素，科學(xué)合理的施工組織是實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)保障，爆破爆眼的布置好壞影響爆破效果，是影響掘進(jìn)單進(jìn)水平提高的關(guān)鍵。我公司傳統(tǒng)施工的局限，傳統(tǒng)的裝巖工藝，排矸時(shí)間長(zhǎng)，各工序平行作業(yè)時(shí)間短，大斷面巖巷掘進(jìn)的拱部和幫部的爆破、支護(hù)一般采多采用分次實(shí)施，以耙斗式裝巖機(jī)為主的運(yùn)輸作業(yè)線難以實(shí)現(xiàn)深部大斷面巖巷的快速掘進(jìn)。

2.1 研究對(duì)策

在掘進(jìn)方案現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和深入分析的基礎(chǔ)上，獲得“鉆、爆、裝、運(yùn)、支“各個(gè)工序影響掘進(jìn)速度的程度和所占時(shí)間的比例，找出提高掘進(jìn)速度的主要途徑。在爆破方面，根據(jù)爆破基礎(chǔ)理論和巖體的物理力學(xué)性質(zhì)，分析研究爆破過(guò)程中爆炸與圍巖的相互作用機(jī)理，以巖體的爆破機(jī)理指導(dǎo)設(shè)計(jì)炮眼布置、裝藥量、雷管延時(shí)與段數(shù)、起爆順序，以達(dá)到炮眼布置少、炮眼利用率高、循環(huán)進(jìn)尺高、光爆效果好的目的；在裝巖運(yùn)輸方面，首先從設(shè)備入手，研究新型裝備及配套方案，擬采用液壓挖渣機(jī)和移動(dòng)矸石倉(cāng)的掘進(jìn)配套方案，研究新的配套方案中對(duì)原工序和勞動(dòng)組織的調(diào)整方法：支護(hù)方面，在巷道破壞機(jī)理分析和物理模擬基礎(chǔ)上，運(yùn)用松動(dòng)圈實(shí)測(cè)和錨桿支護(hù)基礎(chǔ)理論建立新型支護(hù)專家系統(tǒng)，分析并提出安全、合理設(shè)計(jì)方案與支護(hù)參數(shù)。

2.1.1 爆破

準(zhǔn)直眼掏槽、全斷面一次起爆的中深孔爆破技術(shù)。 優(yōu)化磧頭炮眼的布置，包括炮眼個(gè)數(shù)及布置角度、每眼裝藥量、各眼起爆順序和爆破延時(shí)段數(shù)，實(shí)現(xiàn)炮眼的利用率最大化；磧頭爆破要求達(dá)到理想化光面爆破效果，選用強(qiáng)力發(fā)爆器，提高聯(lián)線的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)全斷面一次裝藥一次起爆；在現(xiàn)有鉆眼設(shè)備和巖石條件下，確定炮眼深度與施工速度、掘進(jìn)效率之間的關(guān)系，確定最佳炮眼深度。

按目前達(dá)竹公司礦井巷道爆破時(shí)炮眼布置方式，全巖巷施工炮眼布置時(shí)，在巷道下方底板上600mm開(kāi)始，布置掏槽眼6個(gè)，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(shí)為了減少炮眼施工個(gè)數(shù)，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(gè)眼子，但炮眼利用率比較低，對(duì)提高單進(jìn)水平是極不利。

通過(guò)理論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究確定合理1—5#雷管（5#不超過(guò)130ms）段號(hào)，實(shí)現(xiàn)超過(guò)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(shí)間。

采用兩階段直眼、斜眼混合掏槽方式（準(zhǔn)直眼掏槽）可以繼承直眼和斜眼掏槽的有點(diǎn)，同時(shí)克服它們的不足，其主要參數(shù)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(gè)直眼，在其下部裝藥，二段起爆。這種掏槽方式從根本上其優(yōu)越性主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)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(qiáng)、價(jià)格低廉，猛度可達(dá)15—20mm爆速可達(dá)3500—4500m/s，可用于井下小直徑（32mm）炮眼爆破，并且不會(huì)出現(xiàn)管道效應(yīng)（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(jiān)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(duì)圍巖的破壞最小，達(dá)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(lái)2.0m改為2.3m.同時(shí)使用高威力水膠炸藥，采用MFB—200型數(shù)顯示發(fā)爆器，將原來(lái)每個(gè)循環(huán)放兩次起爆改為一次起爆，每次起爆帶動(dòng)70多發(fā)雷管，提高了炮眼利用率，減少了瞎炮現(xiàn)象，使每炮循環(huán)進(jìn)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(guò)生產(chǎn)實(shí)踐采用準(zhǔn)直掏槽眼拋渣爆破技術(shù)，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(jìn)尺達(dá)到2.1—2.3m比原來(lái)循環(huán)進(jìn)尺增加了0.3—0.4m。準(zhǔn)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(shù)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(shí)間明顯減少，裝藥時(shí)間為44—45分鐘，整個(gè)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(gè)放炮工序完成平均要75分鐘）能節(jié)約了15分鐘以上。

由于對(duì)上部周邊眼采用小直徑炸藥不耦合裝藥，適應(yīng)迎頭圍巖節(jié)理較發(fā)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(yùn)用軌輪式挖斗裝載機(jī)排矸更有利于排矸。龍門(mén)峽北礦主平硐巷道巖性主要為砂巖和灰?guī)r，采用耙斗式耙矸機(jī)排矸，耙斗在矸石堆中反復(fù)運(yùn)作后形成大量泥漿或巖粉沉淀物，導(dǎo)致耙斗不能耙動(dòng)矸石，只能用人工采用鎬或刨清理矸石，浪費(fèi)大量的人力和時(shí)間。耙斗式裝載機(jī)采用液壓傳動(dòng)行走和運(yùn)渣刮板運(yùn)動(dòng)均為液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，工作機(jī)構(gòu)的大臂、小臂、臂回轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)臺(tái)、挖斗及運(yùn)輸槽的升降運(yùn)動(dòng)全部由液壓系統(tǒng)的保護(hù)裝置能使該機(jī)連續(xù)平穩(wěn)地工作。耙斗式裝載機(jī)設(shè)置有噴水系統(tǒng)，能更大地減少粉塵污染，清潔空氣。裝載機(jī)的下挖深度可達(dá)軌面以下300—900mm給延伸工作面。耙斗式裝載機(jī)具有高效、節(jié)能、噪音低等特點(diǎn)，裝載機(jī)行走方式為軌輪式。該機(jī)可連續(xù)把巖渣進(jìn)行挖掘、扒取、輸送到矸石倉(cāng)、礦車和其他運(yùn)輸設(shè)備上。連續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程具有裝載平穩(wěn)、挖掘范圍大、不撒料、高效、連續(xù)性等特點(diǎn)（附耙斗機(jī)結(jié)構(gòu)圖3、耙裝圖4）

圖3 軌輪式耙斗機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖4 軌輪式耙斗機(jī)耙裝圖

2.1.3 排 矸

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究軌輪式挖斗裝載機(jī)和移動(dòng)矸石倉(cāng)的掘進(jìn)配套方案，大幅度減少倒矸、裝巖的時(shí)間，提高施工效率。

研制、運(yùn)用了軌輪式液壓挖渣機(jī)配合大容量梭式礦車作移動(dòng)矸石倉(cāng)，保證裝、運(yùn)機(jī)械化快速施工的普掘作業(yè)線，形成一套快省、連續(xù)的裝、排矸新系統(tǒng)。有效增加了打眼、裝巖運(yùn)輸和支護(hù)平行作業(yè)時(shí)間，縮短了循環(huán)時(shí)間，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。梭式礦車，型號(hào)S14A/B型梭式，礦車容積14m3、最大載重量28t、軌距600mm、外形尺寸長(zhǎng)11.255m、寬1.71 m、高1.8m、裝滿后卸料時(shí)間為2分鐘。

采用這種排矸方式循環(huán)排矸時(shí)間一般在3—4小時(shí)，減少調(diào)車時(shí)間2小時(shí)，比用普通1T礦車排矸每循環(huán)節(jié)省時(shí)間5—6小時(shí)，效率提高150%。

3.經(jīng)濟(jì)效益

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

3.2 大大地提高了循環(huán)進(jìn)度。主平硐從2009年8月正式進(jìn)入基巖掘進(jìn)，有效炮眼一般按2.2m深布置，循環(huán)進(jìn)度均大于2.1m，平均月進(jìn)度160m，從2009年9月連續(xù)11個(gè)月月單進(jìn)水平達(dá)160m。

3.3 采用梭式礦車排矸，裝滿后卸料時(shí)間為2分鐘。采用這種排矸方式循環(huán)排矸時(shí)間一般在3—4小時(shí)，減少調(diào)車時(shí)間2小時(shí)，比用1T礦車每循環(huán)節(jié)省時(shí)間5—6小時(shí)，效率提高150%，使循環(huán)時(shí)間有原來(lái)的9小時(shí)縮減到6小時(shí)，每天掘進(jìn)3.5個(gè)循環(huán)。

3.4 我們嚴(yán)格要求工程質(zhì)量管理。在巷道施工特別是布置，要求周邊眼間距符合設(shè)計(jì)的間距400mm，嚴(yán)格按光面爆破要求，工程質(zhì)量?jī)?yōu)良品率為100%。