礦井大斷面巷道快速掘進關鍵技術分析

王 磊

(山西潞安礦業集團公司 常村煤礦，山西 長治 046000)

0 引言

在傳統的大斷面巷道掘進作業中，打眼作業、出矸作業以及支護作業為三個重要工序，這三個工序幾乎同時進行，但在實際生產中，由于人員、空間及時間條件的影響，這三者之間已發展成為一種互相制約與互相聯系的關系。當前人員、時間以及空間條件這些影響因素間的不協調，已經嚴重制約了礦井巷道的掘進速度，對此，必須學會科學、合理地調配這三者的關系，從礦井實際情況出發，重視引進綜合一體化掘進技術，采用現代化的綜合機械化掘進方式來進行掘進作業，以顯著提高巷道掘進速度。

1 工程概況

潞安集團常村煤礦470水平S翼輔助運輸大巷，北接470北翼輔助運輸巷，西臨470南翼1#回風大巷(正掘)，東臨470南翼膠帶運輸大巷，主要用于470水平S翼采區輔助運輸。該巷道開始在3號煤層底板約22 m位置的巖層中掘進，巖性由灰白色和灰色中細粒石英砂巖、灰色和灰黑色粉砂巖、砂質泥巖及1～4層煤組成，巖層構造簡單，較穩定，工程地質條件較好，巖塵不具有爆炸性，不易自燃，無熱害威脅。地溫小于26 ℃，地壓正常。該巷道設計長度為2 055 m，巷道呈矩形，設計凈寬為6 m，凈高為3.5 m，凈斷面為21 m2。

2 綜合機械化掘進

在巷道綜合機械化掘進作業中，巷道掘進及輔助設備組成如圖1所示，主要可分為掘進機、錨桿鉆機以及運輸機三大類。

2.1 掘進機的選擇

在選擇掘進機時，首先，應從本礦井的實際地質情況出發，并充分結合巷道斷面設計情況、施工要求等將所需掘進機的外形情況、結構情況以及重量大小等參數都大致確定出來；其次，應基于煤巖硬度大小、粘結性大小以及節理構造情況來重點選擇掘進機截割頭的結構與功率大小。選好掘進機后，在后期日常生產作業中，為使其效能得到充分發揮，還應以本礦井實際情況為基礎進行必要的調整改進。

以常村煤礦應用的EBZ-220TY型掘進機為例，在實際生產作業中，工作人員便依據實際情況對掘進機進行了改進，將掘進機的普通截齒逐步換為高強度的截齒，有效地延長了截齒的截割壽命，縮減了截齒更換次數，提高了巷道掘進速度；在掘進施工作業中，分力管控了操縱油路與齒輪油泵，這樣會更宜于油脂的更換操作；改造了鏈環與刮板的結構及位置，有效避免了掘進機在實際施工作業中發生的分流器不同步現象以及耙爪動作速度偏慢、裝載能力不高等問題。此外，還改造了掘進機冷卻系統，將冷卻系統的外冷卻器替換為蛇形管路，用蛇形管路來冷卻油液，一方面會更宜于冷卻系統零件的更換，另一方面還可大幅延長油箱的運行壽命。

圖1 巷道掘進及輔助設備組成

2.2 錨桿鉆機的選擇

目前一些礦井在進行錨桿施工作業時，仍采用傳統的單體錨桿鉆機來進行施工，該鉆機在鉆完孔后還需借助人工來裝設錨桿，特別是對于哪些頂板狀況相對較差的巷道，采用這種鉆機作業會嚴重影響巷道掘進循環進尺速度，很難實現巷道的快速掘進。為此，常村煤礦開始使用鑿巖臺車以及液壓鑿巖機等進行巷道掘進作業，這類機械不僅功率大，生產效率高，而且產生的噪聲小，實際污染也相對較小。

2.3 運輸設備的選擇

在選擇輔助運輸設備如刮板機、膠帶輸送機時，所選的運輸設備實際運輸能力應能很好地與掘進機的型號及功率相匹配，盡可能地使巷道掘進作業與裝運作業實現連續化，以有效縮短工人作業時間，大幅降低施工人員作業強度，最終提高巷道實際掘進效率。

3 優化掘進機截割工藝

近年來，隨著常村煤礦礦井開采規模的不斷擴大，巷道斷面面積也越來越大，煤礦巷道掘進作業面對的地質構造也越來越復雜，要想獲得更穩定的巷道結構，就對巷道掘進截割工藝提出了更高要求。在實際生產中，人們可參照下列截割工藝來進行巷道掘進作業。

(1) 若待掘進巷道圍巖相對穩定、結構相對完整、圍巖節理發育也不是很充分的情況下，人們可選用如圖2(a)所示的巷道斷面截割順序來進行巷道掘進作業，即從中心進刀，再逐步刷周圍的幫，采用該種截割方式來掘進巷道，更利于巷道斷面的成形，可獲得質量更好的巷道斷面形狀，且落煤也相對較均勻，同時也不會對周邊圍巖產生較大影響，特別適合于大尺寸巷道斷面掘進作業。

(2) 對于頂板裂隙較多、穩定性相對較差、需在掘進作業后及時進行支護的巷道，可采用如圖2(b)所示的截割方式進行掘進，即分兩次來實施截割作業，第一次可截割1/3寬度的巷道，第二次再把余下的2/3的巷道截割完，第一次與第二次截割都應由下至上按蛇形截割方式進行截割。采用蛇形截割方式進行截割可有效縮短巷道頂板懸空時長，改善支護質量，有助于提高巷道掘進速度。

(3) 若待掘進巷道具有較大的地應力，且兩幫較軟，易出現片幫現象時，可選用如圖2(c)所示的截割方式來進行掘進作業，其主要是分兩次來使巷道成形，首先截割巷道中部，然后再逐步刷巷道兩幫，這樣可有效縮短幫部裸露時間，確保圍巖的穩定性，并進一步提高巷道兩幫的實際支護質量。

4 優化支護方式

若采用傳統的錨桿與錨索支護方式來進行巷道支護作業，一般都需先支護頂板，再支護兩幫，且支護應為一排，檢測也應為一排，直至所有支護都全部合格為止，這種支護方式符合掘一排再錨一排的巷道施工要求。但筆者基于常村煤礦實際情況，綜合考慮了巷道高度、寬度以及巷道巖性情況后，認為可采用掘進機，先從上半部分掘兩排出來，并依據從外向里的順序來布設臨時支護，再從里向外打設錨桿與布設錨索來維護頂板，然后可再掘進兩排，如此反復循環作業6排后再統一維護兩幫，在確保兩幫足夠安全可靠后，可繼續進行循環掘進作業，這樣會比掘一排錨一排的操作方式節約大量時間，顯著提高了巷道掘進速度。

圖2 優化掘進機截割工藝

5 優化巷道快速掘進管理工作

除采取一系列技術優化措施外，在實際生產作業中，通過對巷道掘進工作進行科學、合理的管理優化，可更好地整合現有資源，進一步提高巷道掘進作業的安全性和高效性。

6 結語

總之，要想使礦井大斷面巷道實現快速掘進，施工單位不僅應從本礦井實際情況出發，選用一些更適合本礦井掘進作業的掘進機械，而且應重視不斷優化掘進工藝，同時還應做好日常掘進作業管理工作。只有這樣才能有效提高巷道掘進速度，為企業創造更多的經濟效益。