大斷面硬巖巷道快速掘進技術研究與應用

毋肖飛， 崔 崢， 張建林

(山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責任公司，山西 晉城 048200)

引 言

蘭花集團玉溪煤礦設計生產能力為240萬t/a，井下共布置2個盤區(qū)，1301工作面為一盤區(qū)首采工作面，位于玉溪井田南部，東西走向，大采高綜采工藝回采3#煤層。3#煤層位于山西組下部，緩傾斜煤層，傾角小于8°；埋深大約在500 m～600 m，厚度在5.12 m～7.20 m，平均5.85 m，純煤厚度4.62 m～7.00 m，平均5.71 m，結構簡單，全區(qū)穩(wěn)定可采。直接頂為均厚2.4 m的泥巖，老頂為均厚5.3 m的中粒砂巖，直接底為均厚1.5 m的泥巖，老底為均厚8.3 m的砂質泥巖。目前井下施工的巷道中，有五個巖巷工作面，分別為三條開拓大巷(中央回風大巷、中央膠帶大巷、中央輔助運輸大巷)；1302工作面北底抽巷；輔助配風巷。全部采用懸臂式掘進機掘進，懸臂式掘進機是集截割、裝運、行走、操作等功能于一體，主要用于截割任意形狀斷面的井下巖石、煤或半煤巖巷道。由于工作面巖性較硬，掘進機故障頻發(fā)，嚴重制約著施工進度。

1 影響巖巷掘進進度原因分析

依據地測防治水科出具的地質預報說明書，實際掘進中輔助配風巷巷道巖性為粉砂巖，深灰色，厚層狀，小型交錯層理發(fā)育，夾細砂條帶，含植物化石，見菱鐵礦結核。巖石硬度f=5～8，輔助配風巷使用的是EBZ-160型掘進機，該機主要用于煤巖硬度f≤7.5的煤巷、半煤巖巷以及軟巖的巷道、隧道快速掘進，能夠實現(xiàn)連續(xù)切割、裝載、運輸作業(yè)。最大定位截割斷面24 m2，最大截割硬度≤75 MPa，縱向工作坡度±16°。

參照地測防治水科提供的巷道頂底板巖性柱狀圖，中央輔助運輸大巷巖性主要為泥巖、沙質泥巖含植物化石及黃鐵礦結核和燧石結核，巷道下有約1 m左右比較硬的石灰?guī)r，巖石硬度f=4～7，中央輔助運輸大巷使用的是EBZ230綜掘機。

中央回風大巷巖性主要為泥巖、沙質泥巖及細粒砂巖，使用的是EBZ260綜掘機。

1302北底抽巷巖性主要為泥巖、層理發(fā)育，底部有一層深灰色石灰?guī)r較硬。

中央膠帶大巷巖性主要為泥巖相對較軟。

從以上地質資料分析，除中央膠帶大巷外，其它工作面巖性都比較硬，對綜掘機的磨損和傷害都比較大，再加上設備維修保養(yǎng)不到位和司機素質參差不齊，一季度綜掘機故障影響586個小時約等于36 h；3月25日到4月10日，五個巖巷工作面有四個掘進機輪番故障，從實際完成進尺可以看出，巖性硬度變化和掘進速度關系是巖性越硬單月進尺越少；巖性越硬，綜掘機故障越多。因此，在巖巷掘進中遇到比較硬的巖石時，就會影響切割速度，如果司機不熟練或操作不當，就會由于截割負荷超過額定值，導致截割電動機快速升溫。截割電動機過負荷造成截割臂軸承、減速器軸承或齒輪損壞、截割電動機損壞或截割臂、截割減速器的故障等。

2 解決方法

根據以上原因分析，影響巖巷掘進的主要原因為懸臂式掘進機機械故障，當巷道遇到比較硬巖時，由于目前懸臂式掘進機配置型號達不到相應巖石硬度系數所要求配備的大功率巖巷道掘進機，重新購買需要投入大量資金。因此，考慮用現(xiàn)有的掘進機械來解決巖巷快速掘進問題為上之政策。如何讓堅硬的巖體松動，就是當前要考慮的問題，于是松動爆破先將巖體松動，再用現(xiàn)有的綜掘機掘進。松動爆破原理是使爆破對象成為裂隙發(fā)育體，不產生拋擲現(xiàn)象或產生輕微拋擲現(xiàn)象，爆破增大了巖體的破碎程度，產生裂隙，減少綜掘機的切割阻力，減少綜掘機刨頭損壞程度，從而實現(xiàn)快速掘少。

3 方案提出

松動預裂爆破+掘進機掘進。松動預裂爆破技術是指充分利用爆破能量，使爆破對象成為裂隙發(fā)育體，不產生拋擲現(xiàn)象或產生輕微拋擲現(xiàn)象的一種爆破技術。它的裝藥量一般為標準拋擲爆破的40%～50%。松動爆破又分普通松動及加強松動爆破。松動預裂爆破后巖石只呈現(xiàn)破裂和松動狀態(tài)，形成松動爆破漏斗，爆破作用指數大約≤0.75。使硬巖松動產生大量裂隙，起到軟化巷道硬度的作用，又不產生強大的沖擊波和避免產生巖石拋擲現(xiàn)象，對工作面的掘進機及其它設備撤離一定距離并加以保護。

然后進行正常的綜掘工藝，以解決機械化掘進遇到硬巖的難題，從而減少掘進機故障，提高巖巷掘進速度。

4 松動預裂爆破+掘進機掘進方案的注意事項

4.1 不耦合裝藥的機理

利用不耦合裝藥(即藥包和孔壁間有環(huán)狀空隙)，炸藥直徑小于炮孔直徑，炸藥與炮孔壁之間留有間隙,由于炸藥藥卷直徑基本固定，所以炮眼直徑的大小決定藥卷與炮眼的間隔，不耦合裝藥必須留下足夠間隔，才能達到松動爆破效果。國內巖巷掘進均采用直徑32 mm、35 mm兩種藥卷，所以選擇炮眼直徑45 mm～48 mm，使間隙達到13 mm～16 mm，為松動爆破創(chuàng)造良好的裝藥條件，這樣才能達到最佳爆破效果。

4.2 炮眼布置與裝藥

中孔松動預裂爆破參數的選擇和裝藥量計算是關鍵。松動預裂爆破的最終效果是爆破對象成為裂隙發(fā)育體，不產生拋擲現(xiàn)象或產生輕微拋擲現(xiàn)象。因此，依據巖性特征和工作面迎頭實際情況計算炮眼深度，孔間距以及裝藥量起爆順序等，由于井下各工作面實際巖性、斷面參數不一樣，每次放炮都不一樣，比如，工作面迎頭巖性堅硬系數高的需要多打眼，炮眼間距縮小，孔深增加，裝藥量增加。并根據每次爆破后的情況進行總結完善，形成一套適合本礦特點的松動預裂爆破技術。

4.3 瞎炮防治與處理

如果在松動預裂爆破中產生瞎炮，將對后期綜掘帶來安全隱患，因此必須杜絕產生瞎炮，這就要必須嚴格按照爆破作業(yè)規(guī)程和安全措施執(zhí)行。其中有九條預防產生瞎炮的措施，在此不再贅述。

4.4 掘進機掘進注意事項

注意切割順序和循環(huán)進度，松動預裂爆破后，掘進機司機應該先從裂縫開始切割，先裂隙后巖體，先軟后硬；放慢循環(huán)進度，壓力增加時，減少炮頭接觸面，空轉微接觸，截割頭轉速放慢以減小截割頭對巷道圍巖的震動。

5 預期效果(包括預計創(chuàng)造價值或產生的影響等)

根據一季度掘進機故障影響天數每個工作面取起平均值(除去春節(jié)放假)，每個巖巷掘進面平均每月影響在4.5 d左右，表1是3月份巖巷掘進工程量完成表。

表1 2019年3月巖巷掘進工程量完成表

如果實施松動爆破并加強掘進機維修保養(yǎng)，即使完成月度計劃的80%，也將增加井巷進尺136 m；如果施工組織管理到位，巖巷按月平均進尺100 m計算，將提高352 m進尺。一米單價按1萬元計算，每月將多完成352萬元工程量。

6 結語

雖然松動爆破在一定程度上能提高巖巷掘進效率，但巖巷掘進效率的提高是多方面因素綜合的結果，這就要求綜掘機司機根據現(xiàn)場實際情況熟練掌握操作技巧，根據巖的軟硬程度掌握好機器推進速度，避免發(fā)生截割電機過載或壓死刮板輸送機等現(xiàn)象，切割時應放下鏟板。如果落巖量過大而造成過載時，司機必須立即停機，將掘進機退出，進行處理。為減少設備故障，就加大設備維修保養(yǎng)管理，配齊配足備品備件，充分利用生產空閑對設備進行維修保養(yǎng)，千萬別等到使用壞了的時候才進行維修。另外加強生產組織管理，盡可能平行作業(yè)，多總結多思考，進而形成一套適合玉溪的巖巷道快速掘進施工工藝。本人經過多方咨詢其他類似礦井和查閱大量相關書籍，試著提出一些改進巖巷快速掘進的意見和方法，不妥之處望領導及各位同仁批評指正。