巖巷快速掘進技術研究及應用

顧杰

摘 要：巖巷的快速掘進對煤礦的高產高效具有重要意義。針對目前井下巖巷掘進作業效率低、安全性差的問題，以東龐礦-300水平6號煤采區準備巷道施工為研究對象，從制約進尺效率的因素入手，提出巖巷快速掘進的針對性措施，將月度進尺量提高了30%，有效實現了提升井下巖巷掘進效率和安全性的目標，以期為巖巷的快速掘進提供參考。

關鍵詞：巖巷;掘進工藝;機械化;快速掘進

中圖分類號：TD263.3 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）32-0076-03

Research and Application of Rapid Tunneling Technology in Rock Roadway

GU Jie

（Dongpang coal mine of Jizhong Energy Resources Co.， Ltd.， Xingtai Hebei 054100）

Abstract： The rapid excavation of rock roadway is of great significance to the high yield and high efficiency of coal mine. Aiming at the problems of low efficiency and poor safety of underground rock roadway excavation， taking the preparation roadway construction in No. 6 coal mining area of Dongpang mine-300 level as the research object， starting with the factors restricting footage efficiency， this paper puts forward targeted measures for rapid rock roadway excavation， which increases the monthly footage by 30%， and effectively realizes the goal of improving underground rock roadway excavation efficiency and safety， in order to provide some reference for the rapid excavation of rock roadway.

Keywords： rock roadway;excavation technology;mechanization;rapid tunneling

隨著東龐礦-300水平2號煤開采臨近尾聲，6號煤采區計劃施工，出現了采區銜接緊張的問題。傳統的鉆眼爆破及國家政策單頭單面限員管理，極大制約著巖巷掘進效率。通過科學優化組織結構，加強機械化設備的推廣應用，能夠極大地提高掘進效率。

1 工作面概況

1.1 地質條件

東龐礦6100采區皮帶巷位于南二坡頭繞道西南，巷道設計總工程量為723 m，平均坡度為10°。巷道為拱形斷面，凈規格為：巷寬×巷中高=4.7 m×3.5 m。掘進期間最大瓦斯絕對涌出量為0.5 m/min。根據附近巷道已施工的底板鉆探成果，結合附近已掘巷道實際揭露資料，巷道掘進時可能會出現滴淋水現象。

1.2 施工工藝

采用鉆爆施工，使用YT-23（7655）型風鉆打眼。當爆破作業時，應采用安全等級不低于三級的煤礦許用含水炸藥和煤礦許用毫秒延期雷管起爆。出渣使用耙斗裝巖機配側卸裝巖機上皮帶進入渣倉，再由耙斗裝巖機裝罐出渣。巷道施工時堅持一次成巷，正規循環實現“三掘一噴”[1-4]。

1.3 爆破管理

炮掘施工工藝流程為“施工炮眼→爆破→臨時支護→進行支護→出渣”，以此為一個班循環。按照通風管理及安全技術措施要求，單次裝藥量不得超過32 kg。遇到巖性較硬時，應適當縮小眼距，加密炮眼數量。

2 巖巷掘進中存在的主要制約因素

2.1 鉆眼爆破施工效率不高

使用YT-23（7655）型風鉆打眼時間長，平行作業、作業現場有限的情況下需要2～3臺風鉆，每臺2人，需要6人左右，且相互之間影響較多。同時，巷道掘進過程中會穿過細砂巖，巖性較硬，炮眼布置較多，鉆眼時間較長，每循環打眼時間在3 h，嚴重影響掘進效率。

2.2 耙斗式裝巖機裝渣缺陷

相關要求規定，耙斗式裝巖機最大運行距離不得超過40 m，即每次移動耙斗式裝巖機后掘進距離達到40 m后必須停止掘進。每次進行該項工作時，至少需要花費2 d時間做好前移皮帶、噴漿、鋪水溝以及延長各類管線等工作。耙斗式裝巖機鋼絲繩及耙斗消耗磨損較快，工作面迎頭堆渣較多，不能實現平行作業。運行過程中繩道內不得行人，不能實現迎頭支護作業和出渣平行作業。

2.3 定員管控限制

根據目前的相關規定，東龐礦要求每班開拓巷道現場人員不得超過15人（包括瓦斯員和放炮員）。一方面，日常管理中迎頭施工進尺人員可以正常出勤，運料工、勤雜工等人員需要進一步調整配合;另一方面，在現場交接班過程中要保證施工質量、排查隱患。

3 巖巷快速掘進的措施

3.1 創新爆破工藝，大力推廣中深孔爆破

影響巖巷掘進爆破效率的主要因素有掏槽方式及其裝藥量、炮眼深度、周邊眼光爆參數、起爆時差和炮眼利用率等。中深孔爆破的炮眼深度較大，一般在2 m以上。炮眼深度決定著單班循環進尺數，同時對爆破質量及巷道成型具有一定影響。為了提高中深孔爆破效果，可在裝藥眼附近施工空眼增加爆破自由面，還需要確定合理的眼距、布眼方式、裝藥量和裝藥結構。炮眼深度應根據單班進尺數而定。長期實踐表明，中深孔爆破炮眼深度大于2 m，優于淺孔爆破。目前，東龐礦采用的煤礦許用毫秒延期電雷管腳線長2 m。在采用中深孔爆破時，可以積極與廠家聯系，保證電雷管腳線長度在2.5 m以上，以滿足此項爆破的施工要求[5-6]。

3.2 提高裝備水平，推進巖巷施工機械化

3.2.1 采用巖巷掘進機進行巖巷掘進施工。巖巷掘進機掘進是實現巷道掘進機械化的重要途徑。同煤巷掘進機使用方法一樣，巖巷掘進機是一種能同時完成破巖、裝巖、運輸、支護和調動行走的聯合機組。與鉆眼爆破法相比，采用巖巷掘進機進行巖巷掘進施工，減少了打眼放炮時間，極大降低了職工勞動強度，巷道成型較好，掘進速度快。但目前利用巖巷掘進機進行施工時還存在一些問題和缺陷。例如：如巷道斷面限制了掘進機的使用;巖巷掘進機一般較重，巷道底板渣較軟，不利于設備行走;在上下山和大坡度掘進時靈活性差;設備投入成本較高，零部件易損壞。東龐礦地質條件復雜，應用前景不樂觀。

3.2.2 液壓鉆車打眼施工。目前，東龐礦采用CMJ17履帶式全液壓鉆車打眼施工，具有鑿巖效率高、作業人員少、勞動強度低的優勢，而且提高了鉆孔質量和巖巷掘進機械化水平。以往利用YT-23（7655）型風鉆進行打眼，花費時間長、用工多，打眼時需要5個人配合完成。此外，打眼過程中需要頻繁地拔鉆桿和移動鉆機，工人勞動強度較大。巖石軟的情況下耗時2 h左右，遇到巖石較硬的情況時，耗時為3 h，嚴重影響進尺。利用液壓鉆車進行打眼，只需2人在操控臺上操作手把即可。操作熟練的鉆車司機可以將打眼時間縮短到40 min。

此外，利用YT-23（7655）型風鉆進行打眼，施工人員需要緊靠迎頭（距迎頭2 m以內）進行操作。打眼過程中產生的震動容易造成迎頭山墻掉渣傷人。利用液壓鉆車進行打眼，鉆車司機在操作臺上（距迎頭5 m）操作，遠離迎頭，有效避免了掉渣傷人事故的發生。

3.2.3 合理選擇裝巖機。選擇裝巖機時考慮的因素比較多，主要包括巷道斷面大小，裝巖機的裝載寬度和生產率，適應性和可靠性，操作、制造和維修的難易程度，裝巖機的造價和效率等。

鏟斗后卸式裝巖機（見圖1）生產能力為25～40 m/h，間歇作業，效率低，容易揚起粉塵。要求施工人員有熟練的操作技術，一般應用于單軌巷道。

耙斗裝載機構造簡單，維修、操作方便，可用于平巷、斜巷以及煤巷、巖巷等。但是，其體積較大，移動不方便，影響其他機械的使用。間歇裝巖，底板清理不干凈，人工輔助工作量大，耙齒和鋼絲繩損耗量大，效率低，一般應用于單軌巷道。

蟹爪式（見圖2）、立爪式裝巖機（見圖3）的裝巖動作連續，可與大容積、大轉載能力的運輸設備和轉載機同時使用，生產效率高，但是構造較復雜，造價高，蟹爪與鏟板易磨損。裝載巖石時，對制造工藝和材料耐磨度要求高。

3.3 減少裝巖出渣時間，提高單班循環

第一，在裝巖出渣上積極探索研究符合實際的機械化運輸線，減少人員現場施工工序，提高設備的開機率和工時效率，減少單班循環的裝巖出渣時間。

第二，積極選用符合現場實際的裝巖機設備。設備選用主要由巷道斷面大小決定。對于雙軌巷道，盡量選用大型耙斗裝巖機，設備功率大，出渣速度快，操作簡單，但是安裝現場要求空間大。目前，東龐礦常用設備是側卸式裝巖機配耙斗式裝載機，雖然出渣時間較短，但是每次固定設備一循環，都需要停止爆破，前移耙斗式裝載機，零散工作較多。

第三，加強爆破管理工作，提高爆破效果。當炮眼布置均勻以及裝藥量和起爆順序適當時，實現光面爆破，巖石爆破效果好，渣塊均勻，掉渣集中，巷道成型好，底板平整，裝巖機的效率較高。例如：當塊度小于200～500 mm時，ZC-20B型鏟斗式裝巖機工作效率最高;當巖石大小超過500 mm，無法使用裝巖機。

第四，發展一機多用，如目前推廣的鉆錨一體機、錨運破一體機等先進機械化設備。在設備后緊跟皮帶出渣，能夠極大地縮短該項工藝的時間。

第五，加強裝渣罐車的組織管理工作。①提高炮眼施工和裝巖機崗位工作人員操作技能熟練水平，保障現場熟練操作，減少事故發生。②工藝工序執行配合到位，崗位工之間配合密切，銜接流暢。③加強機電檢修，保證設備開機率。④鋪設軌道符合規程要求，安全設施及絞車檢修到位，經常維護，減少運輸事故。

3.4 堅持正規循環作業

突出抓好現場精細化正規循環，優化施工工藝。根據定員管理要求，巷道迎頭定員不超過15人。通過實驗論證，創新實行半班人員交接班制度，即每次交接班期間有一半人員在巷道口，一半人員在迎頭交接班。這樣既能保證交班人員安心完成收尾工作，交接當班遺留問題，又能保障接班人員做好準備工作，實現標準化細心驗收。在驗收考核中，交接班跟班和班長聯合進行驗收，如果出現施工質量不合格或丟尾等影響正常施工工序的情況，倒扣工作得分，從而避免出現為趕進度而丟尾甚至影響施工質量的不良情況。

4 結語

通過東龐礦巖巷掘進實例分析巖巷快速掘進的技術趨勢，對比制約進尺效率的因素及解決措施，提出了巖巷機械化快速作業線，研究了其施工工藝和技術裝備問題。通過合理組織，能夠有效保證巖巷月進尺不低于150 m，充分保障巖巷掘進效率，推動企業發展。

參考文獻：

[1]闞磊，姜明.巖巷快速掘進影響因素分析及工藝的優化[J].煤炭科技，2012（4）：31-34.

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