23051底抽巷掘進(jìn)影響因素分析及優(yōu)化

張國(guó)寶

（山西沁東能源有限公司東大煤礦，山西 沁水 048200）

1 工程概況

東大煤礦23051 底抽巷主要用于施工穿層鉆孔對(duì)23051 工作面及運(yùn)輸順槽煤巷消突。巷道掘進(jìn)層位為3#煤層下部粉砂巖，厚度為5.2～7.6 m，平均厚度6.3 m，巖石硬度系數(shù)為5.1，巷道頂板為細(xì)粒砂巖，細(xì)粒砂巖厚度為3.9～5.1 m，平均厚度4.5 m，硬度系數(shù)6.2。巷頂距離3#煤層法線距離11～14 m，巷道地質(zhì)條件中等，層位較穩(wěn)定，無(wú)較大地質(zhì)構(gòu)造。巷道為直墻半圓拱形斷面，斷面規(guī)格為寬×高=4.6 m×3.7 m，采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)，噴漿厚度100 mm，采用兩掘一噴施工工藝。巷道凈斷面為14.8 m2，掘進(jìn)斷面為15.8 m2。掘進(jìn)期間采用YT-28 風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)打眼爆破，P-60B耙斗裝巖機(jī)裝矸，帶式輸送機(jī)配合礦車(chē)運(yùn)矸，月進(jìn)尺為60～80 m，單進(jìn)水平比其他礦井的同類(lèi)巷道低，故對(duì)制約該巷掘進(jìn)速度的因素進(jìn)行分析及優(yōu)化，以提高底抽巷單進(jìn)水平。巷道頂?shù)装逯鶢钜?jiàn)表1，巷道斷面見(jiàn)圖1。

表1 23051 底抽巷巖性綜合柱狀

圖1 23051 底抽巷施工斷面

2 制約底抽巷掘進(jìn)速度因素分析

2.1 機(jī)械化程度低

巷道掘進(jìn)機(jī)械化程度對(duì)巷道單進(jìn)水平、員工勞動(dòng)強(qiáng)度有直接影響，采用機(jī)械化程度較高的設(shè)備對(duì)快速掘進(jìn)至關(guān)重要[1]。原施工方法中，采用YT-28 風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)打眼時(shí)間長(zhǎng)，員工勞動(dòng)強(qiáng)度大，為完成單班施工循環(huán)，炮眼深度受限，直接導(dǎo)致班進(jìn)尺較低；采用的MQB-85J錨桿鉆機(jī)因輸出功率較小，轉(zhuǎn)速較低，造成支護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)；采用P-60B耙斗式裝巖機(jī)裝巖效率低，出矸時(shí)間比較長(zhǎng)。

2.2 運(yùn)矸系統(tǒng)效率低

原運(yùn)矸系統(tǒng)為P60 耙斗式裝巖機(jī)裝矸轉(zhuǎn)至皮帶運(yùn)矸，皮帶運(yùn)矸至巷道外車(chē)場(chǎng)內(nèi)礦車(chē)接矸，礦車(chē)經(jīng)采區(qū)軌道運(yùn)輸上山、水平大巷、副井運(yùn)輸至地面。該運(yùn)輸系統(tǒng)存在的問(wèn)題：一是礦車(chē)供應(yīng)影響：耙斗式裝巖機(jī)出矸需爆破后及時(shí)出矸，出矸期間車(chē)場(chǎng)內(nèi)需提前準(zhǔn)備充足數(shù)量的礦車(chē)接矸，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常出現(xiàn)不能提前準(zhǔn)備礦車(chē)或礦車(chē)供應(yīng)不足導(dǎo)致不能及時(shí)出矸，直接影響迎頭掘進(jìn)，平均每月影響合計(jì)2 天。二是耙斗式裝巖機(jī)移機(jī)影響：耙斗式裝巖機(jī)移機(jī)的耙斗行程為7～45 m[1-3]，超過(guò)行程需停掘移機(jī)，移機(jī)期間需將耙斗行程內(nèi)矸石全部出完，然后進(jìn)行兩幫支護(hù)、鋪設(shè)軌道、移耙斗式裝巖機(jī)、延伸皮帶等工作，每次移機(jī)需耗時(shí)3 天，每月需移機(jī)2 次，每月影響掘進(jìn)6 天。

2.3 爆破工效低

23051 底抽巷原掘進(jìn)方法為鉆爆法，采用正向裝藥一次起爆，炮眼孔徑為32 mm，斷面內(nèi)共布置炮眼57 個(gè)。其中，掏槽眼6 個(gè)，眼深1.8 m，每孔裝藥量為4 卷（1.2 kg）；輔助眼19 個(gè)，眼深1.6 m，每孔裝藥量3 卷（0.9 kg）；周邊眼21 個(gè)，眼深1.6 m，每孔裝藥量2 卷（0.6 kg）；底眼9 個(gè)，眼深1.6 m，每孔裝藥量3 卷（0.9 kg）；爆破后有效進(jìn)尺為1.4～1.6 m，殘眼深度0.2～0.4 m，炮眼利用率75%左右。單炮循環(huán)進(jìn)度低，嚴(yán)重影響單進(jìn)水平。斷面炮眼布置見(jiàn)圖2。

圖2 原鉆爆法炮眼布置

2.4 支護(hù)工藝落后

原炮掘工藝為兩掘一噴，即兩個(gè)爆破循環(huán)噴漿一次，每班完成一個(gè)爆破循環(huán)，每天完成一個(gè)掘進(jìn)循環(huán)。

3 優(yōu)化方案

3.1 掘進(jìn)裝備優(yōu)化

（1）采用CMJ2-17 液壓鉆車(chē)代替YT-28 風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)。CMJ2-17 液壓鉆車(chē)打眼速度快，并能有效降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）采用MQT-130 錨桿鉆機(jī)代替MQB-85J錨桿鉆機(jī)。MQT-130 錨桿鉆機(jī)輸出功率及轉(zhuǎn)速均遠(yuǎn)高于MQB-85J錨桿鉆機(jī)，能有效減少錨桿支護(hù)時(shí)間。

（3）采用ZCD-60R裝巖機(jī)代替P-60B耙斗式裝巖機(jī)。ZCD-60R裝巖機(jī)能夠?qū)τ^爆破出的矸石全斷面出矸，避免耙斗式裝巖機(jī)不能一次性全斷面出矸存在巷道幫部不能及時(shí)支護(hù)的情況[4-5]。由于ZCD-60R裝巖機(jī)可緊跟迎頭出矸，解決停掘移機(jī)影響掘進(jìn)問(wèn)題，每月可減少影響掘進(jìn)時(shí)間6 天。裝備優(yōu)化前后對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 掘進(jìn)裝備優(yōu)化前后經(jīng)濟(jì)對(duì)比

3.2 運(yùn)矸系統(tǒng)優(yōu)化

（1）改礦車(chē)運(yùn)矸為皮帶運(yùn)矸。在23051 底抽巷車(chē)場(chǎng)與采區(qū)膠帶運(yùn)輸上山立交處施工車(chē)場(chǎng)溜矸眼，溜矸眼深度8 m，直徑2.5 m，將矸石直接從23051底抽巷皮帶運(yùn)輸至溜矸眼，矸石經(jīng)溜矸眼下放至采區(qū)主煤流系統(tǒng)，為避免煤矸混運(yùn)影響煤質(zhì)，制定分裝分運(yùn)措施，徹底解決礦車(chē)運(yùn)矸存在礦車(chē)供應(yīng)不及時(shí)、數(shù)量不足影響掘進(jìn)的問(wèn)題。

（2）施工平巷矸石倉(cāng)。為保證掘進(jìn)迎頭爆破后能及時(shí)出矸，同時(shí)滿足煤矸分裝分運(yùn)要求，在23051底抽巷合適位置施工平巷矸石倉(cāng)。平巷矸石倉(cāng)長(zhǎng)度為40 m，深度為2 m，寬度為3 m，可容納矸石240 m3，可滿足3 個(gè)爆破班次的矸石存儲(chǔ)。施工平巷矸石倉(cāng)后，迎頭爆破后可及時(shí)出矸，將矸石運(yùn)輸至平巷矸石倉(cāng)內(nèi)，在礦井規(guī)定的皮帶運(yùn)矸時(shí)間段內(nèi)再利用平巷矸石倉(cāng)外的P-60B耙斗式裝巖機(jī)將倉(cāng)內(nèi)矸石轉(zhuǎn)至皮帶外運(yùn)。掘進(jìn)裝備及運(yùn)矸系統(tǒng)優(yōu)化后設(shè)備配置見(jiàn)表3。

表3 優(yōu)化后各工藝設(shè)備配置表

3.3 爆破工藝優(yōu)化

（1）炸藥類(lèi)型優(yōu)化。因水膠炸藥爆破更為徹底，使用三級(jí)煤礦許用水膠炸藥替代乳化炸藥，采用水膠炸藥爆破后殘眼深度0.1～0.2 m，炮眼利用率達(dá)到87%。

（2）炮眼參數(shù)優(yōu)化。一是水膠炸藥直徑35 mm，為滿足水膠炸藥使用，炮眼直徑由32 mm 變更為42 mm。二是為增大爆破自由面，將掏槽眼個(gè)數(shù)由6個(gè)增加至8 個(gè)。三是為提高單炮循環(huán)進(jìn)度，掏槽眼深度由1.8 m 加深至2.5 m，每孔裝藥量為5 卷（1.5 kg），輔助眼深度由1.6 m 加深至2.3 m，每孔裝藥量為4 卷（1.2 kg），周邊眼深度由1.6 m 加深至2.3 m，每孔裝藥量為3 卷（0.9 kg），底眼深度由1.6 m 加深至2.3 m，每孔裝藥量為4 卷（1.2 kg）。優(yōu)化后，單炮有效進(jìn)尺為2.1～2.3 m，較原方案增加0.7 m。優(yōu)化后炮眼布置見(jiàn)圖3。

圖3 優(yōu)化后炮眼布置方案

（3）支護(hù)工藝優(yōu)化。將兩掘一噴施工工藝調(diào)整為五掘一噴。考慮23051 底抽巷服務(wù)時(shí)間短，將噴漿厚度100 mm 調(diào)整為30～50 mm 的薄噴方式，覆蓋錨桿及鋼筋網(wǎng)即可，薄噴有利于實(shí)現(xiàn)圍巖的快速噴漿封閉，以往掘進(jìn)兩班（進(jìn)尺3.2 m），噴厚100 mm需一班，調(diào)整為薄噴后，每班可噴漿長(zhǎng)度約12 m。采用五掘一噴施工工藝后，每2 天可完成5 個(gè)爆破循環(huán)，日進(jìn)尺為2.3×5÷2=5.7 m，每月僅設(shè)備檢修維護(hù)影響2 天，每月生產(chǎn)時(shí)間28 天，月進(jìn)尺為5.7×28=159.6 m。

4 優(yōu)化后效果分析

對(duì)各制約因素優(yōu)化后，2020年8、9、10 三個(gè)月進(jìn)尺統(tǒng)計(jì)結(jié)果：8月份總進(jìn)尺156.6 m，平均日進(jìn)尺5.6 m；9月份總進(jìn)尺162.3 m，平均日進(jìn)尺5.8 m；10月份總進(jìn)尺168.5 m，平均日進(jìn)尺6 m。三個(gè)月平均月進(jìn)尺162.5 m，平均日進(jìn)尺5.8 m，較優(yōu)化前月進(jìn)尺提高92.1 m，單進(jìn)水平提高一倍以上，且機(jī)械化程度全面提高，員工勞動(dòng)強(qiáng)度明顯降低，快速掘進(jìn)效果顯著。

圖4 8、9、10月日均進(jìn)尺統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析23051 底抽巷制約快速掘進(jìn)的各類(lèi)因素，并對(duì)制約因素中掘進(jìn)裝備、運(yùn)矸系統(tǒng)、爆破參數(shù)以及支護(hù)工藝進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)提高機(jī)械化程度以降低勞動(dòng)強(qiáng)度和提高掘進(jìn)效率，優(yōu)化排矸系統(tǒng)解決運(yùn)輸瓶頸問(wèn)題，優(yōu)化爆破參數(shù)以提高單炮有效進(jìn)尺，優(yōu)化支護(hù)工藝提高循環(huán)進(jìn)尺；優(yōu)化后掘進(jìn)影響時(shí)間由8 天減少至2 天，日進(jìn)尺由3.2 m 增加至5.7 m，月進(jìn)尺由70 m 提高至160 m，實(shí)現(xiàn)了23051 底抽巷快速掘進(jìn)。