永安煤礦3210 底板巖巷掘進(jìn)設(shè)備及工藝方案優(yōu)化

賈 祥

（沁和能源集團(tuán)有限公司永安煤礦， 山西 晉城 048205）

1 3210 工作面工程概況

沁和能源集團(tuán)永安煤礦地處沁水縣嘉峰鎮(zhèn)永安標(biāo)，井田面積3.858 km2，可采儲量 6 412.6 萬 t，設(shè)計生產(chǎn)能力45 萬t/a，當(dāng)前主要開采3 號煤層。永安煤礦3210 大采高工作面位于井田東部，屬二迭統(tǒng)山西組下部3 號煤層。工作面設(shè)計走向長1 166 m、傾斜長300 m，面積約174 878 m2，3210 工作面煤層厚度為 2.65～7.34 m，平均厚度 5.49 m；煤層走向NE、傾向NW、煤層傾角7°～11°，平均傾角9°。3210 工作面底板巖巷斷面情況如圖1 所示。

圖1 3210 工作面底板巖巷斷面示意圖（單位：mm）

3210 工作面順槽底板巖巷斷面為半圓拱形，凈寬4.6 m，凈高3.7 m，凈面積17.02 m2，采用錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)方式，采用Φ20 mm×2 200 mm 左旋螺紋鋼錨桿、樹脂藥卷錨固，錨桿間排距800 mm×800 mm，噴射混凝土強度等級C30。3210 工作面底板巖巷平均月進(jìn)尺僅為113 m，小于同類巖巷的平均掘進(jìn)速度。結(jié)合現(xiàn)場施工進(jìn)行試驗，對該巖巷掘進(jìn)過程中掘進(jìn)設(shè)備、爆破參數(shù)、運輸線路等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，有效提高了該巖巷掘進(jìn)速度。

2 影響巖巷快速掘進(jìn)的因素分析

巷道的掘進(jìn)是一項綜合性施工工藝，單進(jìn)水平受到很多因素影響，主要是從掘進(jìn)機(jī)械化設(shè)備、爆破工藝、矸石運輸線路方面對影響3210 工作面底板巖巷快速掘進(jìn)的因素進(jìn)行分析。

2.1 掘進(jìn)裝備機(jī)械化水平低

掘進(jìn)裝備是實現(xiàn)巖巷快速掘進(jìn)的基礎(chǔ)保障，根據(jù)巖巷的地質(zhì)條件，確定合適的掘進(jìn)裝備，可以有效提高巷道單進(jìn)水平。3210 工作面底板巖巷原作業(yè)線設(shè)備：CMJHT 掘進(jìn)液壓鉆車、P-30B 礦用耙斗裝巖機(jī)、MQT-85J 系列氣動幫錨桿機(jī)。實際掘進(jìn)效果不佳，月掘進(jìn)速度在45～100 m 之間，平均月掘進(jìn)速度為65 m。掘進(jìn)裝備已成為影響3210 大采高工作面底板巖巷的關(guān)鍵因素，同時耙斗裝巖機(jī)也已被禁止在高瓦斯礦井中使用。從以上情況出發(fā)，必須對原掘進(jìn)設(shè)備及工藝進(jìn)行優(yōu)化[1-3]。

2.2 爆破工藝差

3210 工作面底板巖巷原爆破工藝采用直眼掏槽形式，巷道炮眼布置情況如圖2 所示。

該爆破工藝方案實施后，爆破后留有殘孔達(dá)31%，炮眼利用率僅為69%，單循環(huán)平均進(jìn)尺量約為1.3～1.4 m，成了制約該巷道快速掘進(jìn)的另一因素。

2.3 矸石運輸效率低

對3210 工作面底板巖巷掘進(jìn)作業(yè)線技術(shù)分析后發(fā)現(xiàn)，矸石運輸效率低下。采用P-30B 礦用耙斗裝巖機(jī)、ZCY-60 型全液壓側(cè)卸式裝巖機(jī)、配套1.5 t礦車出巖的排矸方式。爆破作業(yè)前，將巷道掘進(jìn)頭中2/3 的矸石運出，因礦車運輸能力不足，每月近6～8個工作日會因礦車運輸能力不足而停止作業(yè)，耙斗機(jī)每次施工30～40 m，將破碎矸石運完才能前移。這種間斷不連續(xù)的排矸方式也成為了制約3210 工作面底板巖巷快速掘進(jìn)的因素。

圖2 巷道炮眼布置示意圖（單位：mm）

3 巷道快速掘進(jìn)優(yōu)化方案設(shè)計

3.1 掘進(jìn)設(shè)備優(yōu)化

對3210 工作面底板巖巷掘進(jìn)作業(yè)線掘進(jìn)設(shè)備進(jìn)行分析后，結(jié)合該工作面底板巖巷的地質(zhì)條件，優(yōu)化調(diào)整了相應(yīng)的掘進(jìn)設(shè)備，主要有CMJ2-18 履帶式全液壓鉆車、ZCD100R 側(cè)卸式裝巖機(jī)、ZMC-75 型鏟斗式裝巖機(jī)配帶式轉(zhuǎn)載機(jī)等，優(yōu)化后的掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)線配套設(shè)備情況如表1 所示。

表1 優(yōu)化后掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)線配套設(shè)備情況表

掘進(jìn)作業(yè)時，采用CMJ2-18 履帶式全液壓鉆車鉆孔作業(yè)，鑿巖速度可達(dá)0.8～2 m/min，鉆孔作業(yè)工序的效率大大提高。采用ZMC-75 型鏟斗式裝巖機(jī)配帶式轉(zhuǎn)載機(jī)實現(xiàn)連續(xù)作業(yè)，出完一個循環(huán)矸石時間為30 min，對比以往作業(yè)時間縮短60%。ZCD100R側(cè)卸式裝巖機(jī)對兩邊角的矸石進(jìn)行有效清掃。掘進(jìn)機(jī)械化設(shè)備及工藝優(yōu)化后，打眼、爆破、支護(hù)、排矸等環(huán)節(jié)進(jìn)行了調(diào)整，有效提高了作業(yè)的自動化，勞動強度進(jìn)一步降低。

3.2 爆破參數(shù)優(yōu)化

對3210 工作面底板巖巷的爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高炮眼的利用率。炮眼布置如圖3 所示，爆破參數(shù)優(yōu)化方案如下：起爆設(shè)計為二段：第一段為1～4 孔號同時起爆，第二段為4～8 孔號同時起爆；掏槽眼從6個調(diào)整為8 個，深度從1.5 m 調(diào)整為2.5 m，孔徑從32 mm 調(diào)整為40 mm，裝藥的藥徑從27 mm 藥卷調(diào)整為35mm 藥卷；周邊眼從30 個調(diào)整為21 個，深度從2.0m調(diào)整為2.3 m，孔徑為32 mm 保持不變，裝藥從27 mm藥卷調(diào)整為35 mm 藥卷。底眼9 個，深度2.3 m，孔徑為32 mm，裝藥為藥徑35 mm 藥卷；輔助眼，深度從2.0 m 調(diào)整為2.3 m，孔徑從32 mm 調(diào)整為42 mm，裝藥從27 mm 藥卷調(diào)整為35 mm 藥卷。

圖3 優(yōu)化后的炮眼布置示意圖（單位：mm）

優(yōu)化方案增加了掏槽眼的孔徑和炮眼的直徑，裝藥量降低，但爆破效果顯著提高。從現(xiàn)場工業(yè)性試驗可知，采用優(yōu)化后的爆破參數(shù)方案，炸藥用量從2.8 kg/m 下將到1.73 kg/m；單班循環(huán)進(jìn)尺量從1.3 m提高到1.9 m，炮眼利用率從69%提高到92%。

3.3 出矸線路優(yōu)化設(shè)計

出矸線路優(yōu)化設(shè)計方案如下：

1）在掘進(jìn)頭后面巷道挖一個矸石倉對矸石進(jìn)行存放；

2）對矸石倉的矸石進(jìn)行運輸，緩解矸石積壓及運輸壓力。該優(yōu)化方案實現(xiàn)了破巖、裝巖、運巖一體化，取消了對礦車、耙斗機(jī)的依賴，提高了出巖效率。

優(yōu)化后每天出矸68 車，每班出矸23 車，矸石運輸效率得到大幅度提升。

4 應(yīng)用效果分析

3210 大采高工作面底板巖巷快速掘進(jìn)方案制定后，于2020 年6 月、7 月和8 月進(jìn)行了三個月的工業(yè)性試驗，日均進(jìn)尺量統(tǒng)計結(jié)果如圖4 所示。從統(tǒng)計結(jié)果可知，6 月份日平均進(jìn)尺為4.9 m，7 月份日平均進(jìn)尺為5.4 m，8 月份日平均進(jìn)尺為5.7 m，三個月的月平均進(jìn)尺為150.2 m，對比以往月平均進(jìn)尺提高了32.9%左右，掘進(jìn)效率大大提高，快速掘進(jìn)優(yōu)化方案效果顯著[4-6]。

5 結(jié)論

針對永安煤礦3210 工作面底板巖巷掘進(jìn)效率低，平均月進(jìn)尺僅為113 m 的情況，對該巷道快速掘進(jìn)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。通過對影響該巷道快速掘進(jìn)因素的分析，從掘進(jìn)設(shè)備、爆破參數(shù)、出矸線路三個方面對快速掘進(jìn)方案進(jìn)行了優(yōu)化。該方案在2020 年6 月、7 月和8 月進(jìn)行了三個月的工業(yè)性試驗，結(jié)果表明：月平均進(jìn)尺達(dá)150.2 m，月平均進(jìn)尺提高了32.9%，掘進(jìn)效率大大提高。

圖4 三個月日均進(jìn)尺量統(tǒng)計結(jié)果圖