大斷面巖巷快速掘進施工工藝在礦井基建中的應(yīng)用

賈志超

（晉能控股煤業(yè)集團北辛窯煤業(yè)有限公司， 山西 忻州 036700）

現(xiàn)代化礦井向著生產(chǎn)集約化、技術(shù)裝備現(xiàn)代化、施工專業(yè)化、管理科學(xué)化，方向發(fā)展。礦井采掘緊張成為煤礦高產(chǎn)高效制約因素，尤其在巖巷開拓過程中問題比較突出。目前，國內(nèi)巖巷開拓大部分礦井仍舊以鉆爆法為主的巖巷機械化作業(yè)線為主，主要采用人工鉆孔+遠距離放炮+破巖+裝載機出矸的作業(yè)線。掘進速度一般為70 m/月。遇到礦井地質(zhì)條件復(fù)雜、施工距離長，采掘銜接相對緊張等問題，為有效緩解采掘平衡、良態(tài)發(fā)展，提高大斷面巖巷單進成為現(xiàn)場探究的技術(shù)管理問題。

1 工程概況

某礦南翼水平大巷Ⅱ段設(shè)計長度為1 147 m，巷道坡度3‰上坡，設(shè)計巷道支護形式為錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護，毛斷面：寬×高=4 400 mm×3 520 mm；錨桿選用Φ20 mm、L=2 200 mm 的金屬螺紋鋼錨桿，錨桿間排距900 mm×900 mm，菱形金屬網(wǎng)選用為100 mm×100 mm 的鋼筋，噴漿厚度150 mm。巷道施工頂?shù)装鍑鷰r如圖1 所示。

圖1 鉆孔柱狀圖

2 大斷面巖巷掘進存在問題

大斷面巖巷掘進存在問題主要包括地質(zhì)條件問題、設(shè)備故障率高、爆破問題和缺乏組織管理問題等，具體如表1 所示。

表1 影響掘進效率因素表

3 施工方案

3.1 優(yōu)化施工工藝

優(yōu)化大斷面巖巷施工工藝，三八制作業(yè)方式改為滾班制，要求每班完成“掘- 錨”作業(yè)，一次成巷，利用早班皮帶檢修時間集中噴漿，定期復(fù)噴，做標準化工作。因而，施工工藝變更為交接班安全檢查→校對中腰線→灑水防塵畫輪廓線→打眼→裝藥→爆破→敲幫問頂→臨時支護→出矸→錨網(wǎng)索永久支護→噴漿→灑水防塵及養(yǎng)護→下一道工序。

3.2 優(yōu)化光面爆破質(zhì)量

施工中采用中深孔光面爆破技術(shù)、直眼掏槽,嚴格按中、腰線標注巷道輪廓線。

周邊眼應(yīng)布置在設(shè)計輪廓線上，一般向外或向上偏斜3°～5°，炮眼間距為350～600 mm，密集系數(shù)為0.5～1.0。二類圍巖周邊眼眼痕率達到80%以上，三類圍巖達到50%以上。借用激光指向儀定位，炮眼位置巷道不得欠挖，超挖量不應(yīng)大于設(shè)計輪廓線的150 mm。打眼鉆桿由原來的2.5 m，改為3 m，確保每茬炮眼單進為2.5 m，從而提高了循環(huán)進尺。

3.3 優(yōu)化勞動組織

1）每個班實行6 名打眼工+3 臺風(fēng)鉆配合同步施工、并要求工程技術(shù)人員提前做好圍巖預(yù)測預(yù)報工作，及時調(diào)整爆破參數(shù)，力爭達到光面爆破。

2）在確保安全前提下，開展多工序平行作業(yè)。迎頭打眼與后方裝載機出矸平行作業(yè)，裝藥與回撤機具平行作業(yè)，在放炮與準備支護材料平行作業(yè)，“錨桿支護+掛網(wǎng)片”平行作業(yè)等。利用標準化時間，一般可以利用礦井每日檢修時間修整巷道、噴漿、打水溝等標準化做尾工平行作業(yè)。

3）實行滾班制。可有效縮短交接班時間。在每茬炮后，利用炮眼吹散時間，給值班室匯報工作進度，并可通知另一個班支護班準備下井施工。在上個班支護完成時，另外一個班打眼工即將到位，從而縮短了交接班時間，提高人員效率。

4）加強電工現(xiàn)場檢修，充分利用充分利用全礦井檢修班時間，每班安排電工現(xiàn)場跟班檢修，確保機電設(shè)備24 h 正常運轉(zhuǎn)。杜絕了因機電事故處理時間長而影響工作面出矸，進而影響循環(huán)進尺。

3.4 優(yōu)化系統(tǒng)，嚴把質(zhì)量

3.4.1 壓風(fēng)供水系統(tǒng)改進

改進壓風(fēng)系統(tǒng),管路由原來的2 寸改為4 寸和供水管路6 寸，并緊隨工作面，確保了3 臺風(fēng)鉆和噴漿機同時作業(yè)。確保實現(xiàn)“三個延伸，兩個保障”。

3.4.2 工程技術(shù)人員緊盯現(xiàn)場

首先地質(zhì)科做好預(yù)測預(yù)報以及井下特殊構(gòu)造識別預(yù)判，技術(shù)科優(yōu)化支護工藝，調(diào)度室充分調(diào)動全礦井人員服務(wù)井下生產(chǎn)。其次充分發(fā)揮職能部門作用，加強現(xiàn)場安全監(jiān)督，安監(jiān)站、通風(fēng)區(qū)、掘進辦充分把控現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)督，防止因過渡追求進尺，忽略質(zhì)量。

4 試行效果

4.1 縮短工期

2 煤南翼皮帶大巷5 月份進尺計劃90 m，實際月進尺143.7 m，超計劃進尺59.7%，工期較比設(shè)計工期提前23 d，有效緩解采掘緊張的情形。

4.2 循環(huán)進尺提高

2 煤南翼皮帶大巷5 月份計劃日進尺3 m，實際兩天5 茬炮，日均單進6.25 m，單進提高了108%。

5 礦壓監(jiān)測

在巷道快速掘進過程中，冒頂事故往往是造成頂板圍巖失穩(wěn)的主要表事故隱患。因而需要重點關(guān)注巷道圍巖“兩量”（即巷道在掘進過程中，錨網(wǎng)索噴支護結(jié)束后，定期觀測頂板下沉量以及水平移近量的變化情況）。

針對2 煤南翼皮帶大巷，在大斷面快速掘進過程中，在巷道頂板以及兩幫安裝應(yīng)力傳感器，用于實時觀測巷道形成后的圍巖變形情況，判斷頂板破壞范圍，對巷道穩(wěn)定性進行識別，對巷道現(xiàn)有支護進行評價。

通過對巷道每隔30 m 設(shè)置一組觀測裝置（含頂板以及兩幫數(shù)據(jù)采集裝置），進行一個月數(shù)據(jù)記載形成如圖2 所示圍巖變形量隨時間變化的曲線。

圖2 巷道圍巖隨時間變形量

通過為期一個月的數(shù)據(jù)采集，可以得出，巷道形成后，原巖應(yīng)力發(fā)生變化，頂板下沉量以及兩幫移近發(fā)生數(shù)據(jù)變化。頂板下沉量表現(xiàn)尤其明顯。巷道掘進后，變形比較平緩，24 d 左右，巷道變形量趨于穩(wěn)定，頂板最終下沉量為32.3 mm，兩幫移近量為15.8 mm。頂板離層值較小，淺部離層值最大為13 mm，離層量深基點趨于穩(wěn)定值，經(jīng)過一個月之后，未發(fā)生離層現(xiàn)象，兩幫未發(fā)生片幫情況。在通過日常隨機對錨桿以及錨索做現(xiàn)場拉拔試驗，錨索拉拔力合格，錨桿錨固力達標，錨桿錨固力200 kN 以上。對于部分錨桿錨固力不合格現(xiàn)象，對錨桿進行二次加固，若錨桿支護失效，則要求施工隊在失效錨桿周圍進行了補打，從而進一步保證支護質(zhì)量合格。

6 結(jié)論

通過一個月的南翼水平大斷面快速巖巷施工，取得了一些好的效果。

1）實行中深孔光面爆破是一項實施大斷面快速掘進的有效技術(shù)措施。

2）在確保安全的前提下，實行多工序平行交叉作業(yè)可提高工序銜接效率。

3）采用風(fēng)鉆打眼，裝載機與皮帶運輸出矸，實現(xiàn)炮掘工作面機械化程度達到85%，減輕人工工作強度，提高礦井人工工效。