鉆爆法快速掘進(jìn)技術(shù)優(yōu)化研究

魏國帥

(陽泉煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000)

巖石巷道掘進(jìn)是一項(xiàng)需要爆破、運(yùn)輸、支護(hù)、通風(fēng)等多個環(huán)節(jié)密切協(xié)調(diào)配合的工作，涉及到的機(jī)械設(shè)備眾多，工序復(fù)雜。巷道的快速掘進(jìn)則要求在保證各工序正常運(yùn)行的前提下，盡量加快正規(guī)循環(huán)進(jìn)度，提高出矸和支護(hù)的效率，進(jìn)而縮短巷道掘進(jìn)的總時間。張學(xué)亮[1]認(rèn)為，影響快速掘進(jìn)的因素分為輸送速度、以巖巷掘進(jìn)工作的安全性為中心點(diǎn)的外部因素以及巖巷掘進(jìn)所處的巖層環(huán)境、巖層掘進(jìn)技術(shù)的先進(jìn)程度、巖巷掘進(jìn)設(shè)備的先進(jìn)程度、巖巷掘進(jìn)工作管理人員的管理能力等內(nèi)部因素。李剛，牛磊等[2-3]學(xué)者通過增加炮孔深度，以中深孔爆破技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合巖石力學(xué)分級指標(biāo)和爆破理論，設(shè)計(jì)了硬巖掘進(jìn)方案，并取得了成功；熊亮,鄭文強(qiáng)[4]通過增加自由面和補(bǔ)償空間的方式對掏槽孔布置進(jìn)行優(yōu)化，提出了雙孔裝藥矩形直眼掏槽技術(shù)，并應(yīng)用于某礦區(qū)巷道掘進(jìn),取得了良好成果。陽煤一礦北翼新補(bǔ)膠帶運(yùn)輸巷為大斷面巷道，在掘進(jìn)過程中，出現(xiàn)了掘進(jìn)進(jìn)度緩慢，大塊矸石較多，爆破效果差等問題，不利于巷道的快速掘進(jìn)，影響采區(qū)的正常接替和生產(chǎn)需求。因此，以該礦為工程背景，進(jìn)行了鉆爆法快速掘進(jìn)技術(shù)的優(yōu)化，以期為解決類似問題提供參考。

1 工程背景及影響因素分析

1.1 工程背景

北翼新補(bǔ)膠帶運(yùn)輸巷作為北翼采區(qū)的運(yùn)輸大巷，屬全巖巷，設(shè)計(jì)長度1 802 m，服務(wù)年限30年。經(jīng)頂?shù)装甯Q視和巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)得知，頂板為堅(jiān)硬石灰?guī)r，厚11.75 m，摩式硬度為12，底板為黑色泥巖，圍巖維護(hù)良好，無明顯的礦壓顯現(xiàn)。斷面凈寬4.7 m，凈高3.1 m，采用YT-29A型風(fēng)鉆濕式鉆眼，毫秒延期電雷管一次起爆的方式爆破，耙?guī)r機(jī)出矸，膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸。

該巷道掘進(jìn)初期，平均每月進(jìn)度不到60 m，每日正常循環(huán)進(jìn)度不到2 m，炮眼利用率一般僅有60%～70%，爆破出的矸石塊度最大可達(dá)90 cm×70 cm，50 cm×50 cm以上塊度的矸石占總矸石爆出量的20%～30%，崩落距離可達(dá)20 m以上，常有崩壞掘進(jìn)設(shè)備、支護(hù)設(shè)備和風(fēng)筒的情況發(fā)生。

1.2 影響因素分析

1.2.1鉆孔布置方案不合理

該巷道原鉆眼布置見圖1，共布置炮眼48個，其中掏槽眼6個，輔助眼4個，周邊眼38個。掏槽眼水平間距2.1 m,垂直間距7.7 m，眼深2.0 m，角度74°.輔助眼間距1.1 m，與掏槽眼相距597 mm，眼深1.8 m，方向垂直于工作面。水平周邊眼間距410 mm，垂直周邊眼間距440 mm，與輔助眼相距600 mm，角度95°. 對于大斷面巷道，48個炮眼相對較少，分布稀疏，掏槽眼相距2.1 m，在這種情況下，應(yīng)力波和沖擊波在炮眼周圍形成的裂隙未能較好的延伸和擴(kuò)張，形成的破碎區(qū)范圍小，因此矸石塊度較大。

圖1 原方案炮眼布置圖

1.2.2施工和出矸方式落后

目前，該工作面鉆孔施工采用的是YT-29 A型風(fēng)動式鑿巖機(jī)，該方式的優(yōu)點(diǎn)為機(jī)動靈活，2人即可完成打眼任務(wù)，定位速度快，打眼角度便于控制，但是缺點(diǎn)在于打眼速度慢，巷道上部鉆孔難施工，必須站在堆積的矸石上進(jìn)行施工。因此，鉆孔數(shù)目較多和巷道高度較大的巷道不適用。出矸方式采用的仍是較為落后的耙?guī)r機(jī)出矸，出矸連續(xù)性差，鋼絲繩易磨損，牽引區(qū)容易發(fā)生事故，巷道斷面較大時需要多次更換鋼絲繩變向輪。

1.2.3其他影響因素

在生產(chǎn)組織方面，交叉平行作業(yè)狀況仍然有待改進(jìn)，各工序銜接不到位的情況容易影響正常的掘進(jìn)作業(yè)。支護(hù)不到位，巷道成型差，輔助工序和主要工序銜接配合不好，造成工作停滯，重復(fù)返工，導(dǎo)致不能完成正常循環(huán)。

2 鉆爆法快速掘進(jìn)技術(shù)優(yōu)化

2.1 鉆孔布置方案優(yōu)化

針對原方案存在的問題，對方案進(jìn)行了優(yōu)化，炮眼數(shù)量增加到68個，增加了2個中心眼，眼深2 m，垂直于工作面；掏槽眼分為一級掏槽和二級掏槽，其中一級掏槽6個，為眼深1 m，角度68°的淺眼，以增大兩側(cè)巖石的自由面；二級掏槽8個，眼深2 m，角度73°；輔助眼9個，眼深增加到1.9 m，角度83°；周邊眼和底眼共計(jì)27個，眼深1.8 m，傾角均向外側(cè)偏3°；在輔助眼和周邊眼之間增加了16個二圈眼，眼深1.8 m，角度86°. 隨著炮眼數(shù)量的增加，眼間距也相應(yīng)減小。具體變化情況見圖2.

圖2 優(yōu)化后方案炮眼布置圖

2.2 施工和出矸方式優(yōu)化

由于原施工和出矸裝備不適用該工作面，引入CMZY系列鉆裝機(jī)作為施工鉆孔和出矸的主要裝備。該機(jī)器是一種集鉆孔、破碎、裝載、運(yùn)輸、行走、噴霧滅塵于一體的綜合鉆孔與裝載設(shè)備，具有多重功能，鉆眼速度快，能夠適應(yīng)≥12 m2的大斷面工作面，出矸連續(xù)性好，能夠?qū)⒋髩K矸石破碎后運(yùn)出。不同施工出矸方式時間消耗對比見表1.

通過表1可知，優(yōu)化后每次正規(guī)循環(huán)可以節(jié)約206 min，節(jié)約了人力資源，如果增加工人操作機(jī)器的熟練度，還可以進(jìn)一步減少施工和出矸所需要的時間。

2.3 其他措施

除了改變鉆孔方案和采用更先進(jìn)的施工及出矸設(shè)備外，在生產(chǎn)組織上也進(jìn)行了優(yōu)化，將采用鉆裝機(jī)節(jié)約出來的人力轉(zhuǎn)向其他工作，如巷道清理、準(zhǔn)備支護(hù)材料、攪拌噴漿材料等，可以提高輔助工作的效率，節(jié)約時間。每班專門增加爆破大矸工序，將大塊矸石有計(jì)劃爆破成d20 cm以內(nèi)的小塊矸石，便于鉆裝機(jī)進(jìn)行出矸作業(yè)。對風(fēng)筒等容易被矸石砸壞的機(jī)械設(shè)備，采用木板、廢舊膠帶等進(jìn)行專門的保護(hù)，設(shè)備盡量后撤到距離工作面40 m之外。

表1 時間消耗對比表

3 工程實(shí)踐

對北翼新補(bǔ)膠帶運(yùn)輸巷進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化后，進(jìn)行了掘進(jìn)實(shí)驗(yàn)，目前該巷道每月平均進(jìn)尺100 m，比優(yōu)化前增加60%，每日正規(guī)循環(huán)進(jìn)度可達(dá)3 m，大矸數(shù)量和崩壞機(jī)械設(shè)備的情況明顯減少，殘眼率下降到10%以下。

4 結(jié) 論

1) 巖石巷道快速掘進(jìn)效率主要取決于爆破方案、出矸方式、施工方式等若干因素，還與巷道成型、輔助工作和支護(hù)等有關(guān)。

2) 通過增加炮眼數(shù)量，調(diào)整掏槽眼分布、增加二圈眼和中心眼，縮小眼間距等措施改進(jìn)炮眼布置方式，有效提高了爆破效率，減少了大塊矸石。

3) 通過優(yōu)化施工和出矸裝備，改用CMZY系列鉆裝機(jī)可以減少206 min的時間消耗，提高施工和出矸效率，有助于合理調(diào)配施工人員，提高整體的施工效率和循環(huán)進(jìn)度。