堅(jiān)硬巖層巷道快速掘進(jìn)技術(shù)研究

裴 浩

（山西汾西正佳煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 臨汾 041300）

引言

為了提高礦井煤炭開采效率，應(yīng)盡量將巷道布置在煤層中，但是隨著時(shí)間增加對(duì)于某些使用時(shí)限較長(zhǎng)的巷道，若布置在煤層中后期圍巖變形量較大，會(huì)給巷道正常使用帶來影響[1-2]。為此，對(duì)于服務(wù)時(shí)間較長(zhǎng)的采區(qū)集中軌道、運(yùn)輸?shù)认锏酪话悴贾迷诜€(wěn)定巖層中。巖巷在巖層中掘進(jìn)雖然穩(wěn)定性較好，但是受到巖層堅(jiān)硬影響，巷道掘進(jìn)速度一般較慢，掘進(jìn)速度直接影響礦井開拓速度[3-4]?，F(xiàn)階段礦井巖巷多是采用炮掘方式，通過鑿巖機(jī)施工炮眼，現(xiàn)場(chǎng)使用過程中存在作業(yè)環(huán)境差、勞動(dòng)強(qiáng)度高以及掘進(jìn)效率低下等問題[5]。為了實(shí)現(xiàn)巖巷快速掘進(jìn)，山西某礦引進(jìn)礦用液壓鉆車（型號(hào)CMJ2-35）進(jìn)行炮眼施工，顯著提高了炮眼鉆進(jìn)效率，從而為巖巷快速掘進(jìn)創(chuàng)造良好條件。

1 工程概況

山西某礦采用斜井+平硐開拓方式，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為500 萬t/年，現(xiàn)階段開拓主要集中在21 采區(qū)。21 采區(qū)圈定煤炭1 900 萬t，設(shè)計(jì)服務(wù)時(shí)間8 年，現(xiàn)正常掘進(jìn)采區(qū)軌道運(yùn)輸巷。軌道運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)斷面為直墻半圓拱形，凈面積20.1 m2(凈寬、凈高分別為5.4 m、4.3 m)。巷道在回采的6 號(hào)煤層頂板上覆25 m的穩(wěn)定砂巖層中掘進(jìn)，掘進(jìn)范圍內(nèi)巖層賦存穩(wěn)定。根據(jù)已有地質(zhì)資料顯示，軌道運(yùn)輸巷在掘進(jìn)期間預(yù)計(jì)會(huì)揭露多條落差在1～3 m 的逆斷層，斷層附近巖體裂隙發(fā)育，會(huì)給巷道掘進(jìn)及圍巖控制帶來一定影響。

軌道運(yùn)輸巷圍巖采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)方式，采用的錨桿型號(hào)為MSGLW-500（Φ22 mm×2 500 mm）的螺紋鋼錨桿，按照700 mm×700 mm 間排距布置；使用的錨索為鋼絞線（Φ21.8 mm×7 100 mm），按照1 500 mm×800 mm 間排距布置；整個(gè)巷道斷面（底板除外）鋪設(shè)規(guī)格1 500 mm×1 200 mm×700 mm 鋼筋網(wǎng)片；在巷道表面噴層一層厚度120 mm、強(qiáng)度為C25 混凝土層。

2 巷道快速掘進(jìn)施工方案

通過對(duì)以往巖巷掘進(jìn)工藝進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)炮眼布置多、炮眼施工速度慢、占用時(shí)間長(zhǎng)等是制約巷道掘進(jìn)效率的一個(gè)重要因素。為此，礦井在2020 年9月份引進(jìn)礦用液壓鉆車（型號(hào)CMJ2-35）進(jìn)行炮眼施工。具體礦用液壓鉆車技術(shù)規(guī)格參數(shù)見表1 所示。

表1 液壓鉆車技術(shù)規(guī)格參數(shù)

巷道使用炮掘方式掘進(jìn)，通過礦用液壓鉆車進(jìn)行炮眼施工，使用長(zhǎng)度3 090 mm 鉆桿并配合Φ42 mm 鉆頭施工炮眼。爆破后產(chǎn)生的矸石使用履帶挖掘機(jī)、帶式輸送機(jī)（DSJ80/40/2×55）外運(yùn)。

根據(jù)巷道掘進(jìn)斷面，施工的掏槽眼深度均為2 500 mm，周邊眼及輔助眼深度均為2 300 mm，具體炮眼布置見圖1 所示。炮眼內(nèi)炸藥均采用正向裝藥方式，全斷面裝藥、一次爆破，具體爆破參數(shù)見下頁表2 所示。

表2 爆破參數(shù)

圖1 掘進(jìn)迎頭炮眼布置示意圖（尺寸單位：mm）

3 巷道掘進(jìn)效率分析

1）鑿巖效率。以往巖巷掘進(jìn)時(shí)使用YT-28 鑿巖機(jī)施工，由于該鑿巖機(jī)以井下壓風(fēng)作為動(dòng)力源，現(xiàn)場(chǎng)使用過程中受壓風(fēng)風(fēng)壓影響，產(chǎn)生的沖擊能小，整體鑿巖效率不高；使用礦用液壓鉆車后鑿巖速度可依據(jù)掘進(jìn)巖層硬度調(diào)整?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，使用YT-28鑿巖機(jī)施工炮眼時(shí)耗時(shí)普遍在5～15 min，掘進(jìn)迎頭施工完的142 個(gè)炮眼耗時(shí)至少4 h；使用礦用液壓鉆車時(shí)，炮眼施工耗時(shí)約為1.5 min、一般均在2 min 之內(nèi)，迎頭布置的142 個(gè)炮眼施工耗時(shí)控制在1.6 h 左右。使用礦用液壓鉆車較傳統(tǒng)的YT-28 鑿巖機(jī)炮眼鑿巖效率提高60%以上，大幅縮小了鑿巖時(shí)間，為后續(xù)排矸、支護(hù)等贏取了時(shí)間。

2）炮眼質(zhì)量。當(dāng)掘進(jìn)巖層硬度較大時(shí)，使用YT-28 鑿巖機(jī)受到?jīng)_擊能、人工掌握炮眼深度以及角度等限制，在炮眼施工初期鉆機(jī)穩(wěn)定性不強(qiáng)，往往炮眼深度、角度等無法滿足設(shè)計(jì)要求，炮眼整體質(zhì)量較差；礦用液壓鉆車具有更大的功率，炮眼鉆進(jìn)深度、間距以及角度等均可嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，炮眼質(zhì)量更佳，同時(shí)作業(yè)人員僅控制液壓系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)炮眼施工，勞動(dòng)強(qiáng)度更低。礦用液壓鉆車施工的炮眼爆破后巷道斷面更為平整，有利于下循環(huán)炮眼施工。

3）掘進(jìn)進(jìn)尺。以往巖巷掘進(jìn)使用YT28 鑿巖機(jī)時(shí)巷道掘進(jìn)進(jìn)尺平均為70.8 m/月，而使用礦用液壓鉆車后巷道掘進(jìn)進(jìn)尺可穩(wěn)定到105 m/月，掘進(jìn)進(jìn)尺整體提高48.3%；同時(shí)巷道掘機(jī)迎頭粉塵、噪聲等對(duì)作業(yè)人員影響更小，以往采用YT28 鑿巖機(jī)時(shí)作業(yè)人員手動(dòng)控制鑿巖機(jī)，不僅粉塵產(chǎn)生量大而且產(chǎn)生的粉塵、噪聲會(huì)直接影響作業(yè)人員身體健康；使用礦用液壓鉆車后，工作人員由于通過液壓系統(tǒng)控制，在鑿巖過程可采取適當(dāng)?shù)姆蹓m、噪聲治理措施，從而降低粉塵、噪聲等影響，工作環(huán)境質(zhì)量有所改善。

4 結(jié)語

巖巷一般采用炮掘方式掘進(jìn)，特別是巷道掘進(jìn)斷面較大時(shí)掘進(jìn)迎頭需要布置多個(gè)炮眼，以往采用YT28 鑿巖機(jī)受到設(shè)備施工功率、操作方式等限制，炮眼施工耗時(shí)較長(zhǎng)，成為制約巷道掘進(jìn)效率的一個(gè)重要方面。為此，提出使用礦用液壓鉆車代替用YT28 鑿巖機(jī)進(jìn)行炮眼施工。礦用液壓鉆車施工單個(gè)炮眼耗時(shí)一般在1.5 min，施工效率較YT28 鑿巖機(jī)提高60%以上。

根據(jù)21 采區(qū)集中軌道運(yùn)輸巷實(shí)際條件，對(duì)掘進(jìn)炮眼布置參數(shù)以及施工方案等進(jìn)行設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，巷道掘進(jìn)進(jìn)尺可達(dá)到105 m/月，掘進(jìn)效率提升48.3%以上，取得較好應(yīng)用成果。