锚喷支护巷道快速掘进的技术研究

摘要：为解决锚喷支护巷道掘进效率低的难题，提出了以多向聚能高效破岩为关键技术、以支护参数及作业制度优化为重要保障的快速掘进技术，本文主要介绍的新的施工工艺，对于劳动组织的优化和保证各个施工工序的合理衔接 以及顺利进行都有着显著的效果，能够保证整个生产施工的良性快速推进，从而实现了深部软岩锚喷支护巷道快速掘进施工。

关键词：锚喷支护；巷道快速掘进；工艺优化

1、引言

随着经济的快速发展，我国大部分的矿井已经转入了深部开采，尤其对于一些比较小的矿井企业。由于企业井田的面积比较小，必须经过频繁的延深开采来保证矿井既定的产量，这就造成了矿井发生接替紧张的局面。但是，和浅部矿井相比，深部软岩锚喷支护巷 道的掘进技术难度比较高，非常容易形成过大的爆破震动影响，进而影响矿井的安全施工。这主要是由于巷道的成形质量较差、支护参数也不合理导致的。 目前比较普遍使用的巷道快速掘进技术是钻 爆法施工，但是对于提高掘进效率的研究仍处于初始阶段，因此，加强对该方面的研究对于企业的可持续发展和员工的生命财产安全 都有着积极的意义。

根据深部软岩锚喷支护巷道快速掘进的实践表明，只有使用先进的破岩工艺，同时保证巷道支护的质量，对施工制度进行多方面的优化，这样才能保证掘进效率的有效提高。本文通过某工程实例的施工， 介绍了使用多向高效破岩技术进行深部软岩锚喷支护巷道快速掘进的工程实例，工程效果良好，对其他工程的进一步改进有一定的指导意义。

2、巷道快速掘进过程中的主要问题

深部软岩锚喷支护巷道快速掘进过程中面对的主要问题就是光面爆破情况。光面爆破是目前比较普遍使用的一种控制爆破方式。光面爆破以后，锚喷支护巷道的断面不仅能够保证符合设计的轮廓要求，还能够对围岩的松动范围进行有效的控制，这样就能够改善巷道支护状态， 充分发挥巷道自身的抗压能力，对支护效果的显著提高有着积极的作用。 所以说，深部软岩巷道施工中，光面爆破是一个非常重要的环节。但是，因为巷道结构中一部分软弱的围岩最小抵抗线非常小，这就给光爆参数的制定造成了很大的难度，使得最终光爆的效果不甚理想，造成支护效果的不完善。针对这种问题， 我们在以往经验的基础上对原有的施工工艺进行了优化。

3、锚喷支护巷道快速掘进技术的工艺优化

3.1 多向聚能高效破岩技术

3.1.1 技术原理

高效破岩是实现深部软岩巷道快速掘进的关键基础之一.多向聚能爆破技术以炸药能量的合理利用为基础，辅以特制的爆破装置来实现岩石的高效爆破和控制巷道的成形质量.此次研制的聚能爆破装置（图1）能使装入的药卷受挤压变形而形成聚能穴，爆炸时炸药能量沿聚能穴方向产生汇聚，形成高速射流，使炮孔周围优先形成多条径向裂纹，而后在爆生气体作用下快速扩展，切割岩石形成碎块，同时减少爆破震动.

在掏槽爆破中采用多向聚能爆破能有效避免炮孔的孔壁一定范围内形成压碎区，改善炸药能量的释放方式，使岩石沿聚能穴的方向产生定向断裂.在崩落眼（辅助眼）中采用多向聚能爆破技术，能有效增加裂纹扩展长度，增大岩石破裂范围，因此爆破中在相同单孔药量下可通过增加炮孔间距来减少崩落眼数目，降低最大一响药量，其原理如图1a所示.对巷道成形控制，采用双侧聚能切割药包，如图1b，在药包爆破过程中，沿聚能穴方向能产生能量汇聚形成射流，对岩石进行侵彻切割，迅速形成有扩展优势的定向裂缝，从而抑制了其他方向裂纹的扩展，使半眼痕率增加，岩体成型质量好，稳定性提高，支护费用降低.与传统的爆破方式相比，在达到同样爆破效果的情况下，可减少10%以上的炸药单耗.

3.1.2爆破方案

1）双楔形复式掏槽

深部巷道掘进前围岩处于应力较高的压应力状态，爆破夹制力很大，要获得满意的掏槽效果相当困难；另方面，由于巷道围岩软弱，爆破震动对围岩成形影响较大.针对原设计采用垂直楔形掏槽方式效果不理想的情况，提出了双楔形复式掏槽方式（图2中1～8炮孔），该掏槽方式适合于人工多台钻机并行施工，掏槽炮孔的起爆顺序为先内后外，逐层加深，将一段掏槽的药量分散为两段，减少爆破振动效应，提高施工效率，加大掏槽深度，保证较高的炮孔利用率

2）爆破参数

爆破参数如表1所示.与原爆破方案相比，改进后的方案的爆破效率明显提高.

3.2 提高深部软岩锚喷支护巷道掘进速度的其他条件

3.2.1高效的运输补给系统

为了有效提高深部软岩锚喷支护巷道的掘进速度，高效合理的运输补给系统是必不可少的。这样才能够保证人员的快速到位。设备的快速更新。可以通过在主、风井设置临时的提升系统来提高了装车速度，并减轻工人的劳动强度。 另外，矿井的施工过程中，对一些设备、材料的供应要严格保证，供应部门要积极主动地采取多种方式保证设备和原材料的及时供应，这样才能保证矿井的速掘进。

3.2.2 合理的人力资源配置

施工企业要组建专业化的矿井掘进小组，并且对于该组要保证装备、 技术以及施工条件的需求。保证快速掘进队的优势充分发挥，就能够以点带面推动整个矿井企业的高效运行。另外，对于企业的人员要保证充足。根据集中生产以及快速掘进的需要，对巷道掘进队伍进行有效的整合，保证快速掘进队伍人员的充足，从而满足高强支护平行作业的需要。

3.2.3 对劳动组织进行合理的配置

根据矿井断面大且出矸量较多的特点，可以采用“ 三八” 制的作业方式，这样对有效提高工时利用率有积极的作用。另外，还可以增加耙矸机到迎头的距离，从而减少移耙矸机的次数，实现打眼、临时支护以及帮部支护等工序之间的平行作业，保证了空间和时间的有 效利用。

3.2.4 完善可靠的激励保障体系

一个完善可靠的激励保障体系能够调动人们的积极性、创造性和智力效应。 因此， 实施多种激励方式，优化施工队伍内部的劳动组织和管理，采取多种方式调动了职工的生产积极性，对于确保工序的有序衔接、时间和空间的充分利用以及快速掘进的目标有着积极 的意义。

4、结论

深部软岩锚喷支护巷道快速掘进就是使用先进的爆破技术、合理的支护方式，以及合理科学的管理施工工序，从而得到施工作业效率的最优化，保证各个施工工序的顺利进行。深部软岩巷道掘进采用双楔形复式掏槽及多向聚能爆破技术可获得高质量的爆破效果，减少了炮眼数量，在减少放炮震动的同时提高了炮眼利用率，材料消耗同比降低10%以上.本文主要介绍的新的施工工艺，对于劳动组织的优化和保证各个施工工序的合理衔接以及顺利进行都有着显著的效果，能够保证整个生产施工的良性快速推进，从而实现了深部软岩锚喷支护巷道快速掘进施工。

参考文献：

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作者简介：闫勇生（1972-），男，山西汾西人，工程师，现为霍州煤电集团洪洞悦昌煤业有限责任公司副总工程师。