大斷面巖巷綜掘快速掘進技術應用

胡加振

（河南省許昌新龍礦業有限責任公司梁北煤礦，河南 許昌 461000）

隨著各種采掘設備在煤礦生產建設過程中被大量投入使用，機械化設備的投入要求井巷工程斷面不斷加大，同時開采效率的不斷提升又要求必須加快井巷工程的掘進速度。目前采煤及煤巷掘進效率已取得較大發展和提升，但巖巷掘進裝備水平及掘進效率和速度相對較低，巖巷掘進在很多礦井已經成為制約礦井生產能力的一項重要因素[1-2]。對巖巷快速掘進技術的研究及應用推廣將有效緩解礦井接替緊張局面，對提升礦井生產能力具有重要意義。基于此，以梁北煤礦21091 中底抽巷為工程背景，提出機掘法巖巷快速掘進技術并進行工程實踐，取得了良好效果。

1 工程概況

梁北煤礦礦井設計生產能力2.40 Mt/a，屬于煤與瓦斯突出礦井。21091 中巷底抽巷位于該礦21 采區東翼，北部為21071 機巷底抽巷，南部為設計的21091 機巷底抽巷，對21091 中巷底抽巷掘進無影響。21091 中底抽巷巷道設計長度1 382 m，設計標高-709.34～-748.1 m，巷道布置在太原組上段巖層（L7～L9）內，巖層賦存較為穩定，掘進過程中所穿層位從下向上主要揭露的標志性巖層巖性依次為：

1）砂質泥巖厚度為7.24 m，深灰色，含炭質及植物化石碎片。頂板與L8灰巖接合處有一16 煤線，厚0.05～0.2 m。一16 煤線下方2.1～2.4 m 為一15煤線，厚約0.1～0.25 m。

2）L8灰巖厚度為4.12 m，淺灰色，致密堅硬，含少量方解石脈，滴鹽酸劇烈冒泡。

3）砂質泥巖厚度為0.9 m，深灰色，含炭質及植物化石碎片。

4）一17 煤線厚0.1～0.25 m。

21091 中底抽巷巷道斷面設計為直墻三心拱形全巖斷面，巷道斷面尺寸為凈寬4.8 m、凈高4.0 m，掘進斷面18.11 m2。該巷道主要用于抽采工作面瓦斯掩護21091 工作面掘進、回采及用于21091 工作面進行底板加固作業。梁北煤礦原巖巷掘進采用“鉆爆法”掘進施工工藝，即使用YT28 風動鑿巖機打眼、爆破落巖、挖裝機裝巖配合刮板運輸機和皮帶將巖石運出的作業方式，月進尺60 m左右，掘進速度較慢，不能滿足礦井采掘接替生產需要。

2 巖巷快速掘進主要制約因素分析

2.1 地質條件因素影響

巷道圍巖性質對巖巷快速掘進制約影響較大。21091 中底抽巷布置在太原組上段巖層（L7～L9）內，巖性多為砂巖，巖石普氏硬度系數7～8，即巖石的單向極限抗壓強度值為70～80 MPa。礦井原采用的EBZ-160 型掘進機掘進作業切割巖石的最大抗壓強度為70 MPa，因此當遇到巖石普氏硬度系數大于7 時，該掘進機將會處于高負荷運行狀態，不僅會增加掘進機截割部的截齒損耗程度和設備的損壞頻率，增加設備的維護和使用成本，而且大幅度降低截割運行速度，造成掘進效率低。

2.2 掘進裝備因素影響

巖巷掘進作業工序主要分為 “破- 裝- 運-支”四個步驟，這四個工序環節都需要使用機械設備，傳統的鉆爆法機械化作業線采用設備是氣腿式鑿巖機+ 裝巖機+ 刮板輸送機，在實際掘進作業過程中，由于運輸線路長、運輸環節多需要多部運輸設備配合進行，當其中一臺設備發生故障時將會影響整個工作面掘進作業，對巷道快速掘進速度起著較大制約作用[3-4]。

2.3 作業環境因素影響

巖巷掘進作業期間爆破及使用掘進機截割作業時容易產生大量巖塵，相比煤巷掘進產生的煤塵，巖塵的危害性更大[5-6]。作業期間產生出的大量巖塵不僅增加機械設備磨損，而且造成作業環境惡化，使巷道內的能見度大幅度降低，影響工人的視線，降低了作業效率，同時對人員的身體健康也帶來了極大危害。

3 快速掘進技術優化

3.1 巖巷掘進機械化作業線優化

為解決原巖巷掘進采用氣腿式鑿巖機+ 裝巖機+ 多部刮板輸送機機械化作業線存在設備故障率高、效率低的問題，在21091 中底抽巷掘進時配置了EBZ318 懸臂式綜掘機、橋式轉載機和可伸縮式帶式輸送機（設備布置如圖1 所示）。EBZ318 型懸臂式綜掘機截割強度最大可達到130 MPa，可滿足普氏硬度系數f＜10 的巖層截割需求，在21091 中底抽巷掘進過程中可直接用于截割巖石，解決鉆爆法打眼爆破時間長、工序多、安全性低的問題，同時也減少人員投入，大大提高了掘進工效和掘進速度。

圖1 21091 掘進工作面設備布置

橋式膠帶輸送機+ 可伸縮式帶式輸送機的配套使用能夠保證在巷道向前掘進過程中隨著巷道的延長只需延伸帶式輸送機長度即可，解決了原每掘進50 m 需增加一部刮板輸送機問題，減少巷道內布置設備的數量，且帶式輸送機易于檢修維護，設備故障率低、運行效率高。

3.2 支護設計優化

根據巷道掘進過程中揭露的圍巖性質及巷道頂幫情況，采取差異化支護方式進行支護作業。

21091 中巷底抽巷采用錨網+錨索支護，巷道頂部一16 煤線以上設計布置10 根錨桿，選用φ22 mm×2 200 mm 左旋無縱筋螺紋鋼普強錨桿； 幫部一16 煤線以下選用φ22 mm×2 600 mm 右旋螺紋鋼等強錨桿。巷道兩幫各布置3 根，錨桿間排距800 mm×1 000 mm（當頂板破碎時，錨桿間排距調整為800 mm×800 mm）；每根錨桿使用MSK2550和MSZ2550 型樹脂藥卷各1 支進行錨固； 托盤規格140 mm×140 mm×10 mm；φ5.8 mm 鋼筋網，規格1 000 mm×2 000 mm，全斷面掛網；頂部使用鋼筋梯子梁，鋼筋梯子梁使用φ12 mm 圓鋼加工,沿巷道斷面橫向布置。錨索選用φ21.6 mm×8 000 mm 鋼絞線，錨索按“2-1-2”五花布置，‘2’和‘1’排距為2 000 mm,‘2’和‘2’間距為4 000 mm（當頂板破碎時，錨索間排距調整為1 600 mm×1 600 mm）；托盤規格300 mm×300 mm×20 mm；每根錨索使用1 支MSK2550 和3 支MSZ2550 型樹脂藥卷進行端頭錨固。巷道支護設計如圖2 所示。

圖2 21091 中底抽巷巷道支護設計

3.3 作業環境優化

為降低掘進作業期間產生的巖塵，改善作業環境，在21091 中底抽巷掘進工作面安裝一套KCG-500D 型干式除塵設備，除塵用抽出式風機和工作面掘進用壓入式風機均選用功率為2×45 kW通風機。兩套風機風筒采用長壓短抽方式布置，即將除塵用抽出式風機風筒安裝在距掘進工作面迎頭不大于3 m 位置，壓入式通風機風筒布置在距迎頭10～15 m 位置（除塵器布置如圖3 所示）。當除塵器開啟后，其配套的抽出式通風機在迎頭形成負壓，將工作面迎頭產生的粉塵抽入到除塵器內進行除塵處理。21091 工作面安裝除塵器后，巷道掘進作業期間經現場檢測結果顯示總除塵效率達到90%以上，大大降低了巷道掘進作業期間粉塵濃度，不僅減少粉塵對職工身體健康的危害，同時也提高了作業現場能見度，改善現場作業環境，為巷道快速掘進創造了有利條件。

圖3 21091 中底抽巷除塵器安裝布置

3.4 優化生產組織

（1）加強作業人員培訓，提升人員素質。新技術掌握往往靠一線職工，職工素質直接制約著技術的應用情況，甚至有些時候人員素質及主觀能動性比技術更重要，是快速掘進能否成功的一大關鍵。因此，要安排設備廠家和專業技術人員對職工進行新設備和新工藝的理論學習和現場實操培訓，使工人能夠熟練掌握設備的使用維護和操作工藝流程。

（2）優化施工組織和管理。根據現場施工實際情況，將原來“三八”制作業方式調整為“滾班”制作業，即細化分工，以工序做考核，各種技術工人以完成相應工序為目標，將原來的工作時間考核轉變為工作量考核，激發職工積極性。例如以前按照正規循環作業圖表施工，不論當班接班時是何種工序將繼續施工，工作八小時有人來接班，往往工作效率低下。滾班制是將整個掘進過程劃分成四個重要工序，截割裝矸、排矸、錨桿施工、噴漿，作業人員根據個人技能所長重新分配進入相應工序小組內，四個工序小組按照計劃進行作業，工作小組作業快的可提早收工、作業慢點就延后收工，原則上不再受施工時間限制。

4 應用效果分析

21091 中底抽巷通過采取提升機械化作業裝備水平、優化支護設計、改善作業環境及優化施工組織管理等措施，該掘進工作面月平均進尺由原來“鉆爆法”作業方式的60 m 提升到220 m 左右，作業人員比原作業方式減少4 人/ 班，掘進單進水平和掘進效率得到大幅度提升。采用優化后的錨網支護工藝后，通過對現場巷道礦壓監測數據進行分析，在觀測時間內，巷道頂底板移近量最大為108.3 mm，幫部位移量最大為82.4 mm，巷道圍巖變形量較小，巷道支護效果良好。同時，21091中底抽巷掘進速度的大幅度提高，使工作面貫通和回采時間提前將近5 個月，有效緩解礦井接續緊張局面。

5 結語

梁北煤礦在21091 中底抽巷巖巷掘進工作面采用EBZ318 懸臂式綜掘機+ 橋式轉載機+ 帶式輸送機+ 干式除塵器的綜合機械化作業線進行巷道掘進作業，解決巖石硬度大、設備故障率高等問題。同時根據地質條件采取巷道差異化支護，并通過優化作業環境和施工組織等綜合技術措施，實現18 m2大斷面巖巷硬巖巷道快速掘進，使巷道平均月進尺達到220 m。該技術的成功應用，有效緩解礦井接續緊張局面，為類似條件礦井巖巷快速掘進提供了技術參考，具有推廣應用價值。