高效掘進技術(shù)在新立煤礦大斷面巖石巷道中的應(yīng)用

孟憲峰

（龍煤集團七臺河分公司新立煤礦，黑龍江 七臺河 154605）

1 概述

為解決新立煤礦的巖巷大斷面掘進效率不高，炮眼利用率低，軟巖巷道隨著開采深度的增加，礦山壓力不斷增大，圍巖條件發(fā)生了很大的變化，掘進難度和技術(shù)要求越來越高等問題，新立煤礦對巷道掘進的一些技術(shù)問題作了系統(tǒng)研究。通過現(xiàn)場分析，研究中深孔掏槽控制爆破機理，尋求合理的中深孔爆破技術(shù)和優(yōu)化支護設(shè)計，改進生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)了大斷面巖石巷道的優(yōu)質(zhì)快速掘進。

2 巖石巷道機械化高效掘進技術(shù)

2.1 深部大斷面巖巷中深孔控制爆破理論及應(yīng)用技術(shù)

針對中深孔控制爆破技術(shù)掏槽參數(shù)的選擇，通過三維模型模擬實驗，研究多孔的中深孔掏槽、單孔爆破漏斗特性及遠距離小空孔在掏槽爆破的作用等問題，比較多孔爆破漏斗特性以及多孔爆破與單孔爆破漏斗特性，分析保證掏槽效果、提高炮眼利用率、降低單耗的基本條件。

2.2 巖巷的支護設(shè)計技術(shù)與優(yōu)化

傳統(tǒng)的錨噴支護隨著煤礦開采的進一步加深，在深部軟巖巷道支護中，這種以抗壓為主的方法往往不能有效地控制巷道的變形，也不能滿足安全生產(chǎn)的需要。該技術(shù)研究結(jié)合巷道快速掘進系統(tǒng)工程的需要，探討并提出了先讓后抗的二次支護方案與支護優(yōu)化設(shè)計措施，允許巷道圍巖產(chǎn)生一定的變形，促使圍巖進一步趨于平衡，以保證巷道使用期間的穩(wěn)定性和確保工作安全。

2.3 巖巷掘進液壓鑿巖臺車及配套裝備

目前煤礦巖石巷道施工絕大多數(shù)采用風動鑿巖機和耙矸機為主要設(shè)備的錨噴施工工藝，技術(shù)水平較低，掘進效率不高，難以進一步提高進尺水平，改變煤礦掘進中絕大多數(shù)采用風動鑿巖機和耙矸機為主要設(shè)備的施工工藝，解決包括液壓鑿巖臺車、噴漿機、裝巖機等設(shè)備應(yīng)用在煤礦巖石巷道掘進的關(guān)鍵技術(shù)問題，實現(xiàn)以液壓鑿巖臺車、側(cè)卸式裝巖機替代傳統(tǒng)的氣動鑿巖設(shè)備。

2.4 深部巷道快速掘進技術(shù)與工藝

掘進工序按其性質(zhì)可分為主要工序和輔助工序，如何合理安排各工序施工組織是影響巷道掘進速度的主要因素。分析已有掘進配套裝備、爆破、支護、施工技術(shù)和施工工藝中存在的問題，找到制約性、根本性的因素，并利用已有的理論知識和研究成果進行可行性分析，進一步改進施工工藝。多數(shù)輔助工序占用時間較短，并具有相對的獨立性，安排施工時，應(yīng)盡可能使輔助工序和主要工序平行交叉作業(yè)，以提高掘進效率和技術(shù)經(jīng)濟指標。

3 取得的研究成果

從研究破碎軟巖巷道爆破中涉及到的幾種爆破技術(shù)基本理論著手，應(yīng)用爆炸荷載動焦散測試系統(tǒng)進行了透射動焦散實驗，應(yīng)用動光彈研究含結(jié)構(gòu)面巖體的爆炸破裂的發(fā)展規(guī)律，利用含預制層理的混凝土試件模擬井下現(xiàn)場巖體進行了超動態(tài)應(yīng)變測試，研究了含節(jié)理面模型爆生裂紋擴展穿層的一般規(guī)律，采用三維模型試驗研究了軟巖分階分段掏中深孔爆破機制。爆生裂紋穿過節(jié)理時，并不直接沿原方向穿過，而是偏移一段距離后再穿過節(jié)理面繼續(xù)發(fā)展。遠距離小直徑空孔對于提高掏槽效果，降低炸藥單耗具有一定作用，其作用大小與爆破介質(zhì)和炸藥單耗有關(guān)；多孔同時起爆形成的爆破漏斗與孔距和裝藥量有關(guān)；適當增大炮孔間距能降低炸藥單耗，但炮孔利用率也隨之降低。

借鑒新奧法，通過FLAC數(shù)值模擬和試驗研究提出了適用于煤礦軟巖巷道二次支護技術(shù)措施和設(shè)計方案，允許巷道圍巖產(chǎn)生一定的變形，促使圍巖進一步趨于平衡，有效解決了服務(wù)年限長的軟巖巷道可靠支護問題，保證支護質(zhì)量，確保巷道在服務(wù)年限內(nèi)盡量少維修，以保證巷道使用期間的穩(wěn)定性和確保工作安全，不影響安全生產(chǎn)，在一定程度上提高了掘進速度。

針對新立煤礦現(xiàn)場條件，研究以鉆爆法為主的機械化作業(yè)的配套大斷面軟巖巷道掘進技術(shù)，分析現(xiàn)有爆破、支護存在的問題，應(yīng)用其基本理論，解決了制約巷道高效掘進最為關(guān)鍵的裝備、爆破、支護和工藝等技術(shù)難題，提高爆破質(zhì)量，精確地控制巷道成型，減少超欠挖量；提高了巷道的支護質(zhì)量，降低了材料消耗和維修工作量，減少了巷道的維護費用。

4 效果分析

4.1 技術(shù)效果分析

4.1.1 提高了深部巷道的工程質(zhì)量

進一步加強了光面爆破技術(shù)的質(zhì)量管理，采用巖巷中深孔控制爆破技術(shù)，提高了巷道的爆破效果，確保巷道的成型質(zhì)量，有效地嚴格控制了巷道的超欠挖。對圍巖破壞性很小，從而最大限度地保持巷道圍巖的自身強度，增強了圍巖自承能力。經(jīng)過對實施新的支護工藝前后的對比，傳統(tǒng)的錨噴一次支護存在噴層柔性差，易導致噴體開裂、脫落，不能適應(yīng)巷道圍巖大變形量，而采用錨噴二次支護效果明顯優(yōu)于錨噴一次支護形式，提高了巷道的支護質(zhì)量，減少了巷道維修工作量和維護費用，使支護圍巖形成的承載結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固，利于巷道安全施工和支護。

4.1.2 提高了掘進速度

采用中深孔控制爆破，優(yōu)化爆破參數(shù)，炮眼利用率達95%以上，同時，新的勞動組織形式和支護工藝的實施，使得循環(huán)進度大大提高。在沒有很多設(shè)備投入情況下，掘進速度比以前明顯提高，經(jīng)現(xiàn)場統(tǒng)計，每班循環(huán)進度可提高至1.7m以上，日進尺能達到5m左右，最高月進尺達90m以上。

4.2 經(jīng)濟效益分析

4.2.1 直接經(jīng)濟效益

采用矸石替代傳統(tǒng)砂石為噴射混凝土的骨料，實施以鑿巖臺車、裝巖機設(shè)備配套的快速施工技術(shù)，提高了工程質(zhì)量和施工速度，降低了材料消耗和維修工作量，使巷道施工的單進、工效提高到一個新水平。巷道快速施工新技術(shù)的應(yīng)用，對緩解新立煤礦接續(xù)緊張的局面，確保礦井在生產(chǎn)接續(xù)中保持高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)具有十分重要的意義。

4.2.2 間接經(jīng)濟效益

通過實施快速掘進，使員工工資收入大幅度提高。施工掘進斷面22.55m2的巷道，以前正常掘進進尺為2.0m/日，月進60m，實施快速掘進后，日進尺現(xiàn)已達到3m以上，月進尺達到90m以上；快速掘進隊減少用人，提高工效。通過實施以鑿巖臺車、裝巖機設(shè)備配套施工工藝的快速施工技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)機械操作，避免工人近距離施工，提高了安全可靠性。

結(jié)語

軟巖巷道掘進一直是制約礦井開采的主要技術(shù)問題，長期以來我國巷道掘進速度多在60m/月徘徊，使礦井生產(chǎn)效率難以提高。而且由于對軟巖巷道的理論和經(jīng)驗的缺乏，導致巷道的返修率高，有的甚至難以支護，不僅安全事故頻繁發(fā)生，嚴重影響礦工的生命安全，也影響到我國煤炭資源的安全開采。煤礦深部大斷面巖石巷道機械化高效掘進技術(shù)的研究解決了深部巷道一系列的技術(shù)問題，主要是爆破和支護的一些關(guān)鍵技術(shù)難題，實現(xiàn)了深部巷道安全優(yōu)質(zhì)高效掘進，提高了生產(chǎn)效率，緩解了礦井接續(xù)緊張的局面，實現(xiàn)礦井早出煤，確保礦井在生產(chǎn)接續(xù)中保持高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)局面具有十分重要的意義，每年為新立煤礦所帶來的潛在經(jīng)濟效益巨大。

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