巖巷掘進(jìn)工藝探析

李 凱

（陽煤集團(tuán)壽陽開元礦業(yè)有限責(zé)任公司，山西 壽陽 045400）

煤礦井下巖巷掘進(jìn)是綜采作業(yè)中的核心工序，巖巷掘進(jìn)的效率和安全性對(duì)確保后續(xù)綜采作業(yè)的順利進(jìn)行具有十分重要的意義。隨著綜采作業(yè)深度的不斷增加，井下地質(zhì)條件愈加復(fù)雜，導(dǎo)致井下巖巷的掘進(jìn)、支護(hù)難度劇增，而且由于傳統(tǒng)井下巖巷掘進(jìn)時(shí)使用的掘進(jìn)設(shè)備和地質(zhì)情況匹配度低、爆破方案落后、井下掘進(jìn)作業(yè)采用串行方式進(jìn)行，嚴(yán)重影響了煤礦井下巖巷掘進(jìn)的效率和安全性。

結(jié)合井下巖巷掘進(jìn)作業(yè)效率和經(jīng)濟(jì)行的需求，本文提出了一種新的巖巷掘進(jìn)工藝，其通過優(yōu)化掘進(jìn)工藝、合理選用支護(hù)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化掘進(jìn)過程中的作業(yè)管理，有效的提升了井下巖巷掘進(jìn)效率和安全性，根據(jù)在煤礦井下的實(shí)際使用表明，新的巖巷掘進(jìn)方案能夠?qū)r巷掘進(jìn)效率提升了42.7%，支護(hù)成本降低了19.2%，不僅顯著提升了井下掘進(jìn)效率和安全性而且也極大的提升了巖巷掘進(jìn)的經(jīng)濟(jì)性，具有極大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 影響巖巷掘進(jìn)效率的因素分析

通過對(duì)井下巖巷掘進(jìn)工作流程的分析，可將影響巖巷掘進(jìn)的因素分為設(shè)備因素、掘進(jìn)工藝因素和掘進(jìn)工作管理因素三個(gè)方面[1]。其中設(shè)備因素主要是指巖巷掘進(jìn)時(shí)設(shè)備選型和井下地質(zhì)條件不匹配，導(dǎo)致影響掘進(jìn)效率和安全性，具體來說包括設(shè)備選型和井下運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)方式兩個(gè)方面。掘進(jìn)工藝因素主要是指巖巷掘進(jìn)方法、爆破方法以及支護(hù)方法三個(gè)部分。掘進(jìn)工作管理主要是指巖巷掘進(jìn)過程中各種工作的排布方案，各個(gè)影響因素之間的相互關(guān)系如圖1所示。

圖1 影響巖巷掘進(jìn)效率的因素匯總

2 設(shè)備因素解決方案

根據(jù)煤礦井下的實(shí)際地質(zhì)情況，首先對(duì)巷道通過能力等進(jìn)行分析，選擇設(shè)備尺寸余量大，通過能力強(qiáng)的掘進(jìn)設(shè)備和運(yùn)輸設(shè)備。在巷道掘進(jìn)過程中由于巷道內(nèi)巖層具有多變性，因此為了滿足對(duì)大硬度巖層的切割需求，推薦選用MGH720系列高速掘進(jìn)機(jī)，該設(shè)備既能夠滿足對(duì)大硬度巖石的截割作業(yè)需求，也能夠滿足對(duì)井下綜采面煤炭的綜采作業(yè)需求，一機(jī)多用，避免了設(shè)備調(diào)換時(shí)導(dǎo)致的異常和產(chǎn)能損失。

由煤礦井下巷道內(nèi)區(qū)域狹小，因物料的轉(zhuǎn)運(yùn)受到了極大的限制，傳統(tǒng)巖巷掘進(jìn)作業(yè)時(shí)主要采用了礦車運(yùn)輸?shù)姆桨福摲桨覆粌H需要鋪設(shè)大量的運(yùn)輸軌道，而且單次運(yùn)量少，工作量大、效率低下。本文提出了一種新的組合式的物料轉(zhuǎn)運(yùn)方案，采用刮板輸送機(jī)、帶速輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)相結(jié)合的形式。在掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，應(yīng)將輸送機(jī)布置到掘進(jìn)作業(yè)面后側(cè)約80 m的位置，在掘進(jìn)面處設(shè)置刮板輸送機(jī)和后側(cè)的帶式輸送機(jī)相連接，滿足掘進(jìn)面物料快速運(yùn)輸?shù)男枨螅谛枰D(zhuǎn)彎的位置布置轉(zhuǎn)載機(jī)[2]，實(shí)現(xiàn)物料的小半徑快速轉(zhuǎn)彎。該方案能夠?qū)㈤g斷式的物料運(yùn)輸方式提升為連續(xù)物料運(yùn)輸，滿足快速、穩(wěn)定、安全的物料運(yùn)輸需求。掘進(jìn)面掘進(jìn)作業(yè)布置結(jié)構(gòu)如下頁圖2所示。

圖2 掘進(jìn)設(shè)備布置結(jié)構(gòu)示意圖

3 掘進(jìn)因素優(yōu)化

巖巷井下掘進(jìn)工藝直接決定了巷道掘進(jìn)效率和安全性，傳統(tǒng)巖巷掘進(jìn)時(shí)，首先截割巖巷的上側(cè)，截割后進(jìn)行手工支護(hù)，然后再截割下側(cè)巖巷，該方案單班僅能掘進(jìn)2.3 m，效率極其低下。

針對(duì)井下復(fù)雜情況，對(duì)巖巷掘進(jìn)方式進(jìn)行優(yōu)化，首先將巖巷下側(cè)進(jìn)行掏底挖槽，然后對(duì)掏槽區(qū)域進(jìn)行排矸，完成后將掘進(jìn)機(jī)移動(dòng)到掏槽內(nèi)，支護(hù)完成后控制掘進(jìn)機(jī)截割上側(cè)巖巷。在進(jìn)行掏槽設(shè)置時(shí)，針對(duì)傳統(tǒng)的淺孔爆破方案所存在的爆破安全性差、掏槽四周成型質(zhì)量差，需二次修整的情況，提出了一種新的中深孔光面爆破方案，將掏槽的掏槽眼的深度設(shè)置為2.8 m，槽眼設(shè)置時(shí)呈圓形，槽眼之間的距離按0.2 m設(shè)置。在進(jìn)行爆破時(shí)，選擇反向裝藥爆破方案，利用爆破時(shí)能量反向沖擊的效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)指定區(qū)域的有效爆破。

由于井下巷道內(nèi)區(qū)域狹窄，因此支護(hù)設(shè)備布置和轉(zhuǎn)運(yùn)均存在較大的限制，傳統(tǒng)支護(hù)時(shí)采用了錨桿+錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)，支護(hù)效率低、承載能力弱。因此本文提出了一種新掘錨護(hù)一體設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)井下的錨護(hù)一體化自動(dòng)作業(yè)。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明，采用新的支護(hù)結(jié)構(gòu)后，井下的支護(hù)效率提升了36.2%，井下支護(hù)成本降低了17.6%，顯著提升了井下支護(hù)作業(yè)的效率和安全性。新型的錨護(hù)一體設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖3所示[3]。

圖3 錨護(hù)一體設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

4 工作管理優(yōu)化及應(yīng)用效果分析

在巖巷掘進(jìn)過程中主要包括巖巷爆破、巷道支護(hù)、廢料轉(zhuǎn)運(yùn)等工序，在傳統(tǒng)的管理方式中主要采用了串行作業(yè)方式，雖然能夠簡(jiǎn)化巖巷掘進(jìn)時(shí)的管理，但是各個(gè)工序間的銜接性能很差，會(huì)嚴(yán)重影響井下巷道掘進(jìn)效率。因此本文提出了采用工序并行的綜采面工作管理方式[4]，通過對(duì)掘進(jìn)作業(yè)方式的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)工序間的有序銜接。

為了進(jìn)一步的提升井下巖巷掘進(jìn)的效率，提高工人的工作積極性，因此一方面組織定期對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)、提高作業(yè)水平，一方面優(yōu)化管理制度，建立獎(jiǎng)懲結(jié)合機(jī)制，提高員工進(jìn)行工序改善和流程優(yōu)化的積極性。

通過對(duì)掘進(jìn)設(shè)備、掘進(jìn)工藝和勞動(dòng)組織管理的優(yōu)化，顯著的提升了井下巖巷掘進(jìn)作業(yè)的效率和安全性。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明，優(yōu)化后巖巷掘進(jìn)效率提升了42.7%，單班的掘進(jìn)速度提升到了3.3 m/班。井下的支護(hù)效率提升了36.2%，井下支護(hù)成本降低了17.6%，在巖巷掘進(jìn)期間未發(fā)生頂板垮塌等安全事故，顯著提升了巖巷掘進(jìn)的效率和經(jīng)濟(jì)性，目前已經(jīng)在多個(gè)煤礦得到了推廣應(yīng)用。

5 結(jié)論

針對(duì)目前井下巖巷掘進(jìn)作業(yè)效率低、巖巷穩(wěn)定性差的現(xiàn)狀，提出了一種新的巖巷掘進(jìn)工藝，其通過優(yōu)化掘進(jìn)工藝、合理選用支護(hù)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化掘進(jìn)過程中的作業(yè)管理，有效的提升了井下巖巷掘進(jìn)效率和安全性，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

1）設(shè)備因素、掘進(jìn)工藝因素和掘進(jìn)工作管理因素，是影響巖巷掘進(jìn)效率的關(guān)鍵。

2）刮板輸送機(jī)、帶速輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)相結(jié)合的形式，能夠?qū)崿F(xiàn)巖巷掘進(jìn)過程中物料的連續(xù)輸送，效率高，成本低。

3）采用新的掘進(jìn)工藝和錨護(hù)一體的支護(hù)結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒅ёo(hù)效率提升36.2%，井下支護(hù)成本降低17.6%。

4）采用工作管理優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)巖巷掘進(jìn)時(shí)的并行作業(yè)，能夠?qū)r巷掘進(jìn)效率提升42.7%，單班的掘進(jìn)速度提升到3.3 m/班。