巖巷高產高效掘進技術及設備選型

郭 帆

（山西平舒煤業有限公司， 山西 壽陽 045400）

引言

近年來，隨著采煤技術、采煤工藝以及綜采設備自動化水平的不斷提升，綜采工作面的采煤效率得到顯著提升，主要表現為工作面每個月的推進距離可達到150～250 m。但是，我國的巷道掘進技術及掘進速度無法與工作面的推進速度相匹配。經研究可知，導致工作面巷道掘進速度緩慢的主要因素有：掘進設備的自動化程度不高、掘進工作設計不合理以及巷道支護效果不佳等[1]。為了與綜采工作面高產高效生產要求相匹配，需提升工作面巷道的掘進技術，優化巷道掘進的施工工藝和掘進設備的配置，提升工作面巷道的支護效果等。本文著重對巖巷的掘進技術和施工工藝進行優化設計，具體闡述如下。

1 工程概況

以某礦水平東翼的軌道大巷為研究對象。該巷道的全長為2 390 m，經現場測量得知，該巷道可能會遇到三條較大的斷層，三條斷層的具體情況如表1 所示。

此外，該巷道在掘進過程中還可能遇到隱伏的地質構造。該巷道的頂底板情況如表2 所示。

經探測可知，在頂板砂巖裂隙的含水層水性較強。也就是說，如果在巷道掘進過程中遇到砂巖裂隙會導致可能有大量的礦井水涌出，進而導致透水事故的發生。經對該巷道圍巖特性分析后可：得出準確的巖石單軸抗壓強度和壓縮極限應變；巷道巖層中的巖石結構緊密，其中所含的裂隙較少；巷道巖層不具有膨脹特性，但是可能遇涌水后導致吸水膨脹[2]。

表2 巷道頂底板情況

分析巖層掘進現狀：目前，針對該巷道的掘進雖然采用了機械化施工技術，但是其對應的施工工藝和掘進設備的配套無法滿足采煤工作面高產高效的生產特點。

2 提升巷道掘進效率的技術研究

提升工作面巷道的掘進效率需分析影響巷道高產高效掘進的因素，并分析當前巷道掘進施工工藝存在的缺陷，提出實現巷道高產高效掘進的關鍵技術。

2.1 巷道掘進工藝研究

工作面巷道的掘進工藝包括有鉆眼爆破、掘進通風、裝巖與運輸、巷道支護等主要工藝。

1）鉆眼爆破主要從鉆孔設備及方式的選擇及爆破技術的選擇兩方面進行優化。其中，針對爆破技術需明確炸藥的消耗量、炮眼的直徑、炮眼的深度、炮眼的數目等參數，還需根據巷道情況選擇最佳的炮眼排列方式。

2）掘進工作面的通風主要包括有總風壓通風、局部通風以及引射器通風等。目前，我國巷道工作面應用最為廣泛的通風方式為局部通風，其中較為常見的局部通風方式包括有壓入式通風、抽出式通風以及混合式通風[3]。

3）巖巷掘進的裝巖可通過裝巖機完成，比較常見的裝巖機類型為鏟斗式裝巖機。巖巷掘進的運輸多采用電機車牽引礦車完成。

4）巖巷掘進的主要支護方式包括有錨桿支護、噴混凝土支護技術以及采用木和金屬等普通支架進行支護[4]。

2.2 影響巷道掘進的因素分析

影響巷道掘進的主要因素可從巷道地質情況、掘進設備以及施工工藝三個方面展開研究。

1）巷道地質情況主要包括有巖巷內巖石的硬度、瓦斯的涌出量、頂底板的情況等。巖巷的地勢條件是制約其掘進效率的關鍵因素，也是無法優化的因素。

2）目前，巷道掘進的常見設備有風錘鑿巖、耙矸機裝巖和電機車牽引礦車排矸，此類設備自動化程度低、性能較差，嚴重制約著巷道的掘進速度；工作面的錨桿支護的自動化程度低，導致作業人員的勞動強度大等；當前錨桿支護設計中錨桿定位沒有可靠的裝置，導致錨桿的質量施工不符合要求，為工作面的安全生產帶來隱患[5]。

3）目前，針對巖巷的掘進和支護主要采用兩掘一噴的工作方式。此種工作方式存在支護效果和工程實施質量差、掘進工作面的迎頭不安全和掘進單進不高等問題。

總之，影響巷道掘進速度和巷道成形效果的主要因素包括所選型設備性能不佳、自動化程度低以及巷道支護效果不佳等。

3 巖巷掘進設計及施工設計

為提升巖巷的掘進效率和掘進質量，本文從巖巷支護和掘進設備選型兩個方面著手。

3.1 巖巷支護設計

巖巷的工作斷面結構如圖1 所示。

如圖1 所示，本文所研究巖巷的規格尺寸為4.8 m×3.4 m，巷道的寬度為5.1 m，巷道的高度為3.75 m。針對該巖巷地質及頂底板情況采用如下支護方法：

圖1 巖巷斷面結構示意圖（單位：mm）

1）針對巖巷的完整段，所選型錨桿的直徑為22.5 mm，錨桿長度為1.8 m，錨桿之間的間距為1 000 mm；針對巖巷的破碎段，所選型錨桿的直徑為22.5 mm，錨桿的長度為1.8 m，錨桿之間的間距為800 mm。

2）針對巖巷采用永久支護的方式，臨時支護的方案為錨桿+掛網片的設計。錨桿參數為：錨桿直徑為22.5 mm，長度為1.8 m；網片的尺寸規格為1 m×1 m，網片網格的尺寸為100 mm×100 mm。

3.2 巖巷設備選型

為確保巖巷的掘進效率和掘進質量，選用自動化程度較高的設備。在對市場調研的基礎上，針對該巖巷的掘進任務所選型的設備型號和數量如表3所示。

表3 巖巷掘進設備及數量

4 結語

煤炭的開采需要工作面所有工序、設備的密切配合。當前，我國采煤工藝、采煤技術及綜采設備自動化水平的提高極大提升采煤工作面的推進速度，但是巷道的掘進速度和掘進質量無法與采煤工作面推進速度相匹配。影響巷道掘進速度和掘進質量的主要因素包括有掘進設備及其輔助設備的自動化程度低、巷道的支護效果不佳以及掘進工藝不合理。因此，需根據巷道的地質條件、頂底板情況為其選擇最佳掘進設備及輔助設備，設計效果最佳的支護方案和施工工藝。