深井硬巖大斷面巷道快速掘進技術探討

趙丹丹，趙 坤

（山東省冶金設計院服份有限公司，山東 濟南 250000）

隨著我國機械制造的快速發(fā)展，礦井生產(chǎn)設備的工作效率已經(jīng)得到了大幅度的增長，為進一步保障井下采掘交替的銜接，又再一次對掘進速度提出了更高的要求。長期以來，深井硬巖巷道掘進都是礦山行業(yè)中最為矚目的問題之一，為了不斷地提高礦井的生產(chǎn)效率，很多業(yè)內(nèi)人士一直在不斷地嘗試對巷道掘進技術進行創(chuàng)新。目前，我國巖巷掘進工程都是采用傳統(tǒng)的巷道掘進技術，常見的有普通鉆爆法或者鉆爆法。傳統(tǒng)的技術不僅單進低，而且費用較高，更重要的一點是還會使采掘工作接替出現(xiàn)緊張，進而增加礦井作業(yè)的危險性。

1 影響深井硬巖大斷面巷道快速掘進的因素

在進行深井硬巖大斷面巷道掘進作業(yè)時，作業(yè)效率主要受到地質(zhì)條件、技術條件和管理方式三方面的影響。其中設備配置決定了技術條件；礦井位置決定了地理條件；管理人員決定了管理方式[1]。

首先，地質(zhì)條件。地質(zhì)條件作為決定巷道掘進速度快慢的首要因素，是無法進行改變的。地質(zhì)條件是客觀存在的并具有較強的復雜性，如構造中巖體硬度、儲氣儲水等，這些都為巷道掘進和支護施工增加了難度。若巖體硬度過大會直接降低掘進速度，節(jié)理裂縫會直接增加支護難度。而地質(zhì)條件對巷道掘進作業(yè)影響不僅僅體現(xiàn)在作業(yè)難度增加，它還在一定程度上加大了作業(yè)期間施工人員的危險性，導致發(fā)生安全事故，如瓦斯涌出、水害等，一旦出現(xiàn)事故將嚴重威脅到施工人員的生命健康。因此，在制定掘進工藝時，要對地質(zhì)條件進行詳盡的調(diào)查，掌握開采地層的地質(zhì)狀況，然后在工藝制作過程中采取有針對性的方案提高施工的安全性。

其次，技術條件。技術條件的好壞主要取決于施工所使用的設備，若掘進和運輸設備的配置較好，那技術條件也會相應得到提高。隨著近幾年我國掘進設備的迅速發(fā)展，雖然使掘進和運輸設備的配置得到大幅度的提高，但還存在一些不足。例如在復雜的地質(zhì)條件下，仍然存在著沖擊振動和冒落危險。根據(jù)工程項目的特點，選擇合適的掘進機和運輸機是提高作業(yè)效率的關鍵因素[2]。可以通過合理安排工序減少不必要的時間浪費，科學的制定掘進和支護工藝可以提高巷道質(zhì)量和支護效果。

最后，管理方式。現(xiàn)階段我國在深井硬巖大斷面巷道快速掘進工程中高度重視技術條件的提升而忽略了改善管理方式，導致當下管理方式中存在著一些短板。例如在勞動制度、員工培訓、技術服務等方面都沒有形成完善的體系，這也在一定程度上影響了巷道掘進的施工效率。因此需要對當下的管理方式進行優(yōu)化，使施工隊伍的整體素質(zhì)得到提高，這樣再加上先進的施工技術就能夠使生產(chǎn)效率得到顯著的提升。

2 深井硬巖大斷面巷道快速掘進技術分析

2.1 掘進機選型及截割工藝優(yōu)化

在巷道掘進工藝中，破巖是首要工序。由于圍巖的硬度較大，傳統(tǒng)的巷道掘進技術已經(jīng)不能滿足需求，因此采用深井硬巖大斷面巷道快速掘進技術進行作業(yè)。在選擇掘進機型號時，需要根據(jù)工程的實際情況，選擇與之相符的型號，使其在截割時具有較高的沖擊載荷承受能力和耐磨性，這樣在遇到較硬的巖石時也能夠確保正常作業(yè)。由于截割的巷道具有較大的斷面，并且是全封閉的，因此可以為作業(yè)人員提供安全、舒適的作業(yè)環(huán)境。

在對截割工藝進行優(yōu)化時，需要分兩個階段進行，一是試驗階段，二是改進階段。在試驗階段期間，先將其截割到起拱線上，每次截割只能割一個錨桿間排距的距離，然后進行臨時支護、掛網(wǎng)等作業(yè)，之后開始挖底，每班最多進行兩個循環(huán)施工，進尺量為兩米，這時截割是控制進尺的主要因素。在改進階段期間，先進行深度為80cm的底部掏槽，之后進行退機挖底，并將矸石排除干凈。然后就可以將掘進機的鏟板放到掏槽內(nèi)，截割至起拱線上部，這時每次進行兩個錨桿間排距的截割，隨后進行錨桿支護、挖底等，在進行一個小循環(huán)的施工，之后就可以進行一個大循環(huán)和一個小循環(huán)的施工，每次循環(huán)的進尺為三米。

2.2 掘進機配套運輸設備優(yōu)化

在掘進作業(yè)期間，裝運是其重要的工序之一。而與掘進機進行配套的機械化運輸設備就成為了確保掘進工作面單進水平的保障。而原始的裝運流程是使用移動矸石倉的，這種方式存在很多缺點，例如：軌道鋪設難，移動的矸石倉體積過大不便于拐彎，需要頻繁倒車等。經(jīng)過優(yōu)化的掘進機配套運輸流程為：掘進機截割落矸到掘進機星輪及輸送機再到轉(zhuǎn)載機最后到主井提升。該流程運用了小角度連續(xù)拐彎技術，使帶式運輸機實現(xiàn)了連續(xù)彎曲運輸。這樣的優(yōu)化不僅節(jié)約了人力，還提高了作業(yè)的效率。

2.3 巷道支護設計

在巷道掘進施工中，支護也是重要的工序之一。但由于受到地質(zhì)力學環(huán)境的影響，使井下支護工作面臨著極大的困難，嚴重的影響了掘進速度的提升。

由于深井硬巖受到高地應力和開采擾動的影響，會表現(xiàn)出一定的塑性特點，如：脆-延轉(zhuǎn)化、流變特性、擴容性質(zhì)等。由于這些特性的存在，會在掘進巷道時使圍巖應力發(fā)生調(diào)整，同時也會使圍巖產(chǎn)生嚴重變形。因此在應力調(diào)整過程中，要在不破壞圍巖本身強度的前提下，將變形能充分釋放出來。

原臨時支護技術是使用的噴漿技術，這種技術不僅費時費力，而且還會加劇工作環(huán)境的惡劣程度。而傳統(tǒng)的臨時支護技術因支護面積小、效果差、安全性低等也無法滿足當下的需求。因此需要結合工程中實際的巖巷特點和工作面的地質(zhì)條件進行合理的設計。在進行巷道永久支護設計時，要以深部巷道圍巖的變形破壞機理為依據(jù)，并且結合工作面的具體情況，采用工程類比和理論法相結合的方法對永久支護進行合理設計。

3 深井硬巖大斷面巷道快速掘進技術應用

將深井硬巖大斷面巷道快速掘進技術應用到新巨龍礦山作業(yè)中，由于該礦新增三采區(qū)，還要盡早啟用北區(qū)風井，使巖巷工程量迅速增加。在3號礦層頂板砂巖中布置礦井2號輔助運輸大巷，巷道向北施工至三采區(qū)位置，巷道相關數(shù)據(jù)如下表1。

表1 巷道數(shù)據(jù)表

由于巷道圍巖普氏系數(shù)平均值為11，屬于堅固巖石，因此需要使用深井硬巖大斷面巷道快速掘進技術提高掘進效率。

在選擇設備時，選擇型號為MH620的掘進機，這種掘進機可以對巷道圍巖普氏系數(shù)低于13的硬巖進行快速掘進。運輸流程為：掘進機截割落矸→星輪及自帶刮板輸送機→橋式轉(zhuǎn)載機→2號帶式輸送機→輔二帶式輸送機→北區(qū)帶式輸送機→主井提升。臨時支護使用ZLJ-10/21拱型機載液壓臨時支護系統(tǒng)，支護寬度在2.3m～3.0m范圍內(nèi)。永久支護使用耦合支護設計，分為初次耦合支護和二次耦合支護。深井硬巖大斷面巷道快速掘進技術的應用效果如下表表2所示。

表2 1月～7月進尺數(shù)據(jù)

通過數(shù)據(jù)可以得出：七個月累計進尺910m，平均每月進尺130m。其次，該設備已經(jīng)具備了月進尺超過150m的能力，因此可以有效地提高掘進工作的效率。最后，由于MH620型掘進機是采用遙控器進行控制和操作的，因此也可以有效地改善工作人員的作業(yè)環(huán)境，提高作業(yè)的安全性。

4 結語

綜上所述，由于地質(zhì)環(huán)境的復雜多樣，使得深井硬巖大斷面巷道快速掘進技術在實際應用過程中會面臨著諸多的問題和困難，因此在進行深井硬巖掘進施工之前要對進行全面的、深入的考量和分析，以便于制定出有針對性的保護措施，使井下作業(yè)的環(huán)境得到改善、作業(yè)的安全性得到保障，實現(xiàn)在確保巷道支護質(zhì)量的基礎上提高巷道掘進的作業(yè)效率，使礦井的經(jīng)濟效益得到大幅度的提高，并為我國社會經(jīng)濟建設的發(fā)展貢獻力量。