糯東煤礦巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)研究與應(yīng)用

文 /孫 謙 崔玉攀 韓老虎

貴州興安煤業(yè)有限公司糯東煤礦為了緩解采掘接替緊張局面，從層位設(shè)計(jì)、支護(hù)設(shè)計(jì)、施工工序、勞動(dòng)組織等方面開展研究，提出了適合糯東煤礦的巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)，并在12000工作面回風(fēng)底抽巷進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)。實(shí)踐表明，采用巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)后，巷道月均進(jìn)尺達(dá)126m，而且單月的最高進(jìn)尺達(dá)到了181m，創(chuàng)造了貴州豫能集團(tuán)巖石巷道單頭月進(jìn)尺的新水平。

一、工程概況

12000工作面位于糯東煤礦一采區(qū)北翼，可采儲(chǔ)量51.7萬t，巖層傾角6°左右，區(qū)內(nèi)發(fā)育一定的小斷層，伴有次一級(jí)的波狀起伏構(gòu)造。構(gòu)造發(fā)育處頂板完整性差，多為復(fù)合頂，易冒落。工作面構(gòu)造主要以小斷層及裂隙為主，構(gòu)造簡(jiǎn)單。為滿足12000工作面瓦斯治理工程需要，需設(shè)計(jì)底板抽放巷來形成12000工作面瓦斯抽采系統(tǒng)，12000回風(fēng)底抽巷巷道掘進(jìn)斷面18.4m2，采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)，巷道工程量1140m。為了緩解糯東煤礦采掘銜接緊張局面，急需開展巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)研究及實(shí)踐應(yīng)用。

二、巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)

根據(jù)機(jī)械化施工設(shè)備配套原則和巷道綜掘施工條件分析，確定12000回風(fēng)底抽巷采用以綜掘機(jī)為主要設(shè)備的快速綜掘作業(yè)線，即掘進(jìn)機(jī)＋第一運(yùn)輸機(jī)＋可伸縮膠帶輸送機(jī)作業(yè)線，綜掘機(jī)選用“三一重工”EBZ318（H）型掘進(jìn)機(jī)。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的原理、性能和結(jié)構(gòu)的研究，保障設(shè)備正常運(yùn)行，提高設(shè)備開機(jī)率，減少設(shè)備維護(hù)時(shí)間。具體優(yōu)化措施如下。

1.掘進(jìn)層位優(yōu)化

掘進(jìn)層位優(yōu)化要充分發(fā)揮綜掘機(jī)的效能，實(shí)現(xiàn)綜掘機(jī)“割得動(dòng)、割得快、支得牢”。首先做好掘進(jìn)巷道層位的選擇。組織技術(shù)人員查閱地質(zhì)資料，對(duì)12000工作面周圍及一采區(qū)范圍內(nèi)穿過遇見20煤層的15個(gè)勘探鉆孔進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，尤其是深度分析20煤層的底板至B5灰?guī)r的頂板之間的巖層。通過12000工作面附近鉆孔資料分析，發(fā)現(xiàn)20煤層下部15m左右存在一層相對(duì)穩(wěn)定、厚度為0.2m左右的煤線，通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)一采區(qū)揭露該煤線鉆孔7個(gè)，其中距20煤層大于10m的鉆孔6個(gè)。該煤線頂板為泥質(zhì)粉砂巖，底板為粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖。通過對(duì)掘進(jìn)層位巖石的巖體力學(xué)性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，得出掘進(jìn)層位巖石的硬度系數(shù)在4～8之間，能滿足選型的綜掘機(jī)技術(shù)性能指標(biāo)要求。另外，從巷道圍巖控制角度分析，巷道圍巖強(qiáng)度較大，也有利于巷道圍巖控制，層位設(shè)計(jì)合理。

經(jīng)充分論證，決定選擇以0.2m煤線作為標(biāo)志層，距該煤線底板10～15m泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖層位掘進(jìn)。該設(shè)計(jì)層位具有“頂板巖層硬、中間巖層軟、底板巖層硬”的顯著特點(diǎn)，能夠保障底抽巷在施工過程中提高掘進(jìn)效率，顯著提高支護(hù)效率和效果，而且層位比較穩(wěn)定，同時(shí)從瓦斯治理角度分析，這樣設(shè)計(jì)可以降低穿層鉆孔的施工難度，工程量較少，節(jié)約成本。初步估算可節(jié)約49%的鉆孔工程量，鉆孔工效預(yù)計(jì)提高1.5倍。

2.支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化

將335Mpa錨桿更換為500Mpa錨桿，將錨桿預(yù)緊力由120N·m提高到300N·m，錨桿支護(hù)密度由800×800mm降低到1000×1000m，每排減少錨桿6根。頂板錨索由間距2000m布置三根錨索，優(yōu)化為按“1-0-2-0-1”布置，每排可少施工錨索1.5根，每排節(jié)省支護(hù)時(shí)間約為60min。

3.巷道層位控制

實(shí)現(xiàn)快掘，地質(zhì)先行。控制掘進(jìn)層位就是“守住安全底線”。處理好“掘與探”就是“鉆得快、探得清”，最大限度地創(chuàng)造連續(xù)掘進(jìn)的條件。提出了“2+1”層位控制措施，首先“深孔探測(cè)”，然后“短孔驗(yàn)證”，最后“標(biāo)志層追蹤”，超前預(yù)測(cè)煤層賦存形態(tài)，不斷優(yōu)化鉆孔布置參數(shù)，以最少的鉆孔工程量，探清前方地質(zhì)情況，及時(shí)調(diào)整巷道掘進(jìn)參數(shù)，控制掘進(jìn)層位。

4.排矸系統(tǒng)優(yōu)化

優(yōu)化運(yùn)輸出矸系統(tǒng)、處理好“掘與運(yùn)”就是著力解決排矸系統(tǒng)的瓶頸問題，實(shí)現(xiàn)連續(xù)排矸。針對(duì)礦井運(yùn)輸系統(tǒng)和矸石倉現(xiàn)狀，優(yōu)化了后巷排矸系統(tǒng)，采用皮帶→矸石倉→主平硐皮帶的出矸方式，淘汰礦車出矸，充分利用矸石倉作為緩沖，協(xié)調(diào)采面出煤及出矸分運(yùn)時(shí)間。在運(yùn)輸系統(tǒng)主要運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)安裝了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)管控運(yùn)輸系統(tǒng)狀況，及時(shí)協(xié)調(diào)處理出現(xiàn)的各類問題，提高煤矸分運(yùn)效率，實(shí)現(xiàn)了“掘得快、運(yùn)得出”。

5.優(yōu)化勞動(dòng)組織，縮短支護(hù)時(shí)間

掘得快，關(guān)鍵在于支得快。巷道支護(hù)時(shí)間占單班作業(yè)時(shí)間的70%，支護(hù)速度是制約快掘的主要因素。礦井引導(dǎo)、培養(yǎng)職工掌握多種技能，做到“一人多能、一人多崗”，在截割、排矸作業(yè)完成后，能集中人員組織多臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)施工。引進(jìn)MYT-180/280“一拖二”液壓錨桿鉆機(jī)，使錨桿施工效率提高了50%，實(shí)現(xiàn)了巷道多工序平行作業(yè)，顯著提高了施工效率。開展“支得快、質(zhì)量高”技術(shù)競(jìng)賽，選拔優(yōu)秀鉆手，以經(jīng)濟(jì)杠桿促進(jìn)技能提升。采用液壓錨桿機(jī)，每根錨桿打設(shè)時(shí)間由10分鐘壓縮至4分鐘，班支護(hù)數(shù)量由20根提高至平均30根，達(dá)到班進(jìn)3.0m的支護(hù)能力。

6.加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)，提高設(shè)備開機(jī)率

綜掘機(jī)性能穩(wěn)定是連續(xù)作業(yè)的前提條件。按照“檢修菜單”對(duì)綜掘設(shè)備進(jìn)行周期性檢修、保養(yǎng)，指定專人進(jìn)行檢修；超前探施工期間，月底利用檢修時(shí)間進(jìn)行預(yù)防性檢修，變“被動(dòng)搶修”為“主動(dòng)檢修”，確保綜掘設(shè)備始終處于良好狀態(tài)。

7.優(yōu)化施工工序，最大限度實(shí)現(xiàn)平行作業(yè)

減少巷道掘進(jìn)和鉆探的相互影響，在后巷幫部施工三角式鉆場(chǎng)，在掘進(jìn)的同時(shí)施工超前探孔，實(shí)現(xiàn)綜掘機(jī)與履帶鉆機(jī)平行施工。施工鉆孔期間，收集鉆探資料并及時(shí)對(duì)鉆孔進(jìn)行測(cè)斜，實(shí)現(xiàn)打鉆與成果分析同步，在提高鉆探精度的同時(shí)最大限度地縮短前探時(shí)間。通過優(yōu)化施工工序，地質(zhì)前探工作原來每循環(huán)由4天壓縮至2天，每月為掘進(jìn)贏得8個(gè)有效工作日。

通過加強(qiáng)勞動(dòng)組織管理，嚴(yán)格控制每個(gè)工序作業(yè)的時(shí)間，而且不斷優(yōu)化施工定額工序，確保了工作面處于連續(xù)、高效的多工序平行作業(yè)狀態(tài)。比如，風(fēng)水管路鋪設(shè)，皮帶延伸和電纜敷設(shè)，以及抽放管路鋪設(shè)和日常檢修等多工序平行作業(yè)；巷道工作面后方錨索打設(shè)安裝、幫錨桿的跟進(jìn)安裝、底板上浮矸的及時(shí)清理、軌道的鋪設(shè)，以及初次噴射混凝土的封閉等施工實(shí)現(xiàn)平行作業(yè)；設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)、輔助運(yùn)輸跟進(jìn)和前探施工平行作業(yè)。總之，在安全的前提下，最大限度地進(jìn)行平行作業(yè)。

8.優(yōu)化除塵系統(tǒng)，改善作業(yè)環(huán)境

為了降低巷道粉塵，在綜掘機(jī)上安裝了濕式旋流式除塵風(fēng)機(jī)。該風(fēng)機(jī)的作用原理是通過吸塵罩和風(fēng)筒管路將含塵空氣吸入，然后在水霧的作用下，使空氣中的粉塵微粒得到充分濕潤，并且相互碰撞、凝聚成粉塵和水的混合物，該混合物在通過除塵和脫水裝置的過程中，因重力作用沉淀形成塵泥，最后集中收集后由排污管排出。凈化后空氣可以直接排至巷道中，達(dá)到對(duì)含塵氣流的除塵凈化效果。

另外，在巷道內(nèi)設(shè)計(jì)多道噴霧裝置，而且在每?jī)傻绹婌F間設(shè)計(jì)一道防塵簾，對(duì)揚(yáng)塵再次過濾，極大地減少了煤塵的飛揚(yáng)，保障了員工的身體健康。

三、應(yīng)用效果分析

12000回風(fēng)底抽巷自2019年2月開工至2019年9月完工，平均月進(jìn)尺達(dá)到了126m的好成績(jī)，而且單月的最高進(jìn)尺達(dá)到了181m，開創(chuàng)了貴州豫能巖石巷道單頭月進(jìn)尺新水平，與先前糯東煤礦巖石巷道單月進(jìn)尺相比提高了3倍多，緩解了采掘接替緊張局面，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。