巷道快速掘進工藝的優化與應用

韓小峰

（山西魯能河曲電煤開發有限責任公司 上榆泉煤礦， 山西 忻州 036504）

當前，在我國煤炭產量的構成中，其中都是通過井工礦井進行開采出來的，而影響井工礦井安全高效建設和生產的關鍵環節是巖巷掘進的單進水平。特別是在煤與瓦斯突出礦井的建設中，按照《防治煤與瓦斯突出規定》的要求，為有效解決瓦斯和安全問題，礦井初步設計中巖巷掘進的工程量和投資占總工程量的一半以上，可看出巖巷掘進速度的快慢將直接影響到礦井的建設工期。因此很有必要對巖巷快速掘進的工藝優化及應用，提高掘進單進水平達到安全高效建設的目的。

一、巷道快速掘進影響因素

（一）快速掘進裝備

掘進設備是影響巖巷快速掘進的重要因素。隨著我國煤炭施工技術的不斷發展和完善，巖巷掘進設備也在不斷更新和進步，掘進設備在整體上來看，裝備比較齊全，但掘進設備性能一般，設備自動化水平有待提高，尤其是國產掘進設備整體質量較差，消耗刀具數量大，整體情況不佳。在巖巷快速掘進作業時，由于鑿巖臺車沒有完全普及，大多數情況下仍然選擇配置單體的7655或7665型風動鑿巖機，效率較低，尤其是當掘進作業面的風壓較小，直接影響打炮眼和錨桿眼的速度。因此在選擇巖巷掘進設備時，必須根據煤礦的實際地質情況、構造情況、巖石力學性質、煤巖的構成、層理發育程度等因素綜合選擇掘進設備。

（二）作業人員的綜合素質

作業人員的綜合素質也是影響巖巷快速掘進主要因素之一。巖巷掘進工作面空間狹小，作業時間有限，能否按正規循環作業的規定高效地完成每一道工序，直接取決于作業人員的個人綜合素質，取決于作業人員是否具備熟練的操作技能和較高操作水平，取決于作業人員是否充分掌握了循環圖紙的施工要求、排列次序及相互關系，并嚴格按要求施工。

（三）施工作業方式

科學、合理、高效的作業方式直接決定了巖巷掘進的速度。如單一工種順序作業，還是綜合工種平行作業；炮掘工藝還是機掘工藝；單循環作業還是多循環作業；主要工序安排和輔助關系的安排關系處理；炮眼深度的選擇；鉆眼與支護作業的關系；裝巖與支護的安排等。因此，只有根據巷道斷面實際條件，科學合理地選擇掘進施工作業方式才是提高巖巷掘進速度的重要手段。

（四）施工組織管理

實現巷道快速掘進優化設計還離不開嚴密的施工組織管理工作。首先需制定巖巷快速掘進的施工工序，選擇合理的施工工藝，對整個掘進工程按正規循環作業進行科學組織和管理，保證每一個施工工序能按照規定的時間、數量和質量完成；其次還需完善巖巷掘進作業的各項制度和規章，對工程班組進行優化，提高巖巷掘進施工隊伍的整體素質，堅持人性化的管理方式；最后合理分配掘進的任務量，選擇素質較高的工人，合理分配管理者與作業人員的工作。

二、巷道快速掘進工藝優化及應用

（一）優化鉆眼破巖工藝

1.科學、合理地優化鉆眼破巖工序流程?？筛鶕嶋H情況，逐步推廣并嘗試應用較先進的光面爆破技術。在點眼操作時，應重點解決點眼時間過長以及點眼不準等問題?？赏ㄟ^采用點眼器來輔助點眼，實現精準快速點眼。還應依據巷道圍巖性質情況，科學、合理確定周邊眼的間距大小以及最小抵抗線位置，盡量提高鉆眼質量。另外，應對裝藥量進行嚴格控制，周邊眼應用小直徑藥卷來裝藥，以有效控制裝藥量。通過對鉆眼破巖工藝的優化，可顯著提高巖巷眼痕率，巷道幫部一般也不會存在超欠挖現象，對于提高巷道掘進速度十分重要。

2.推廣應用“三小”技術。采用小直徑鉆頭進行鉆削，實際鉆削面積相對較小，鉆削阻力相應減小，可顯著提升鉆眼速度；在生產作業中采用小直徑藥卷，可減小巖石破碎圈大小，提升破巖效率；小錨桿的使用，也對支護效率的進一步提升十分有利。

3.采用中深孔爆破法爆破。為加快循環進尺速度，對比分析了幾種不同深度的炮眼實際利用率，發現炮眼深度較深的炮眼實際利用率相對較高，采用中深孔炮眼進行爆破，可大幅提高炮掘巷道單進水平。

（二）改進巷道支護工藝

鋼棚支護工藝存在明顯不足，一是支護成本高，二是作業效率較低。在煤巷中推廣錨網梯支護、錨索支護，巷道支護用時大幅縮短。對施工機具而言，應盡量應用大功率高效錨桿鉆機，既可顯著提高施工效率，也能減輕工人勞動強度。對于支護材料的選擇，可選用鋼筋網來支護壓力較大的破碎巷道頂板，選用高分子塑料網或鐵絲網來支護壓力相對較小的破碎頂板。對于煤巷頂板條件較差的巷道以及部分托頂煤巷道，為保障支護效果的相對完整性，可采用錨索配合鋼筋梯的方式進行支護。

（三）運輸系統連續化

改變運輸作業人工單體操作模式，實現運輸作業連續化，會顯著縮短掘進工序占用，大幅提高巷道掘進效率。

1.采用皮帶機運輸。將運輸礦車運輸逐步替換為皮帶機運輸，隨耙裝機后進行運輸，把耙裝機上的物料直接卸于皮帶機上，通過皮帶機運輸至主運皮帶機或料倉中。

2.運輸自動化。探索耙裝機與后部皮帶機實現相互聯動，去除操作人員，實現自動化運輸。耙裝機一旦開始運行，便會自動帶動后部皮帶機運行。在此過程中可采用單機控制模式與集中控制模式來控制皮帶機。

（四）優化勞動組織

采用作業模式，三班掘支，一班邊掘進邊整修，有效縮短各班實際工作時長，減輕作業人員勞動強度，提升工作效率。為提高工時實際利用率，最大限度地利用工時，應逐步改進工序排列，讓多工序平行交叉作業。應充分抓好交接班工時利用率，交接班與實際生產實現平行進行。安裝設備、延伸管路以及材料運輸等與掘進作業平行展開，盡量避免輔助工序對掘進主工序時間的占用。

三、煤礦巷道快速掘進工藝裝備及發展趨勢

（一）交叉支護快速掘進工藝裝備

經長期應用，人們發現后置支護快掘工藝雖然實際掘進效率相對較高，但對頂板的管理不是很有利。而前置支護快速掘進工藝卻恰恰與其相反。采用后置支護快掘工藝進行掘進可使掘進速度實現最大化，但很難把頂板安全性統籌兼顧好。在實際生產作業中，人們為了把掘進速度與支護速度無法科學、合理把匹配的矛盾處理好，研制出了一種交叉支護快速掘進工藝，該工藝正在逐步被人們改進與完善。采用交叉支護快掘工藝進行掘進作業，其主要用到的設備為雙錨掘進機，對于錨桿機集成型式而言，其主要集成方式大致可分為：機身外部集成，截割部集成以及機身內部集成等；采用該工藝進行作業時，其主要以掘進機前置只實施必要的永久支護，用后置錨護設備來完成余下的錨桿與錨索支護作業，在此過程中，應同時開展掘進作業，可借助延長掘進作業時間來提升實際掘進效率。該掘進工藝的具體作業流程為：先讓掘進機掘進一個錨桿排距或兩個錨桿排距，再進行排渣并適當清理底板，然后讓機載臨時防護裝置展開把頂板護住，再讓機載錨桿機適當伸出，實施錨桿支護，再收回機載錨桿機，掘進機再掘進一個錨桿排距或兩個錨桿排距，與此同時讓后排進行錨桿及錨索的補打作業。借助交叉支護快速掘進方式施工，可在某種程度上讓掘進速度與實際支護速度存在的不平衡現象得到適當緩解，這樣不僅大幅提高實際掘進效率，而且還可以更好地保障頂板安全。但交叉支護掘進工藝也存在很多不足：1）機載臨時支護裝置較難設計，若其設計不科學、不合理，可能會對司機的實際截割視線造成嚴重影響。2）布設機載錨桿鉆機后，會使掘進機的寬度增寬，高度增大，會影響掘進機整機實際適應性，降低其適應能力。3）受錨桿機自身具體結構特點的限制，當實施錨護施工時，在某種程度上會增大操作難度。

（二）交叉支護快速掘進裝備未來發展趨勢

通過交叉支護快速掘進工藝與雙錨掘進機進行科學、合理的配合，這樣不僅可把掘進效率與頂板管理二者都估計到，而且對作業施工條件要求不是很高，與單純的只采用后置支護工藝或前置支護工藝相比，屬于一種最佳的掘進工藝?；谠摲N快速掘進裝備與工藝，筆者認為其未來應重點朝以下方向發展：1.對機載錨桿鉆機實際布設結構進行科學、合理的優化，同時進一步提高其對巷道適應性與實際操作的方便性。2.為提高后續支護速度，同時顯著減輕工人作業強度，可在系統后部裝設機載錨桿鉆機與運錨機。3.對掘錨一體式掘進機其具體結構進行科學、合理的優化，以進一步降低設備生產成本，同時增強其工作適應性。4.對臨時支撐結構進行改進優化，讓實際掘進時間盡量長，以提升掘進效率。

總之，在實際生產作業中要想顯著提高礦井巷道掘進效率，相關施工人員必須從礦井實際情況出發，制定出適合自身掘進施工工藝，通過優化鉆眼破巖工藝，改進巷道支護工藝，采用運輸系統連續化、優化勞動組織等措施，不僅可顯著提高炮掘巷道掘進效率，而且可顯著減輕工人作業強度，應對掘進時間與支護時間進行科學、合理的分配，才能最大限度地提高掘進效率，讓礦井巷道實現快速掘進，進而為企業創造出更多經濟效益。