口孜东矿大断面岩石巷道快速掘进关键技术研究

【摘 要】口孜东矿西翼轨道大巷处于软岩层中，掘进断面超过30m2。在这种情况下，口孜东矿优化巷道设计方案及施工工艺，采用多种国内外先进的机械设备，合理进行施工组织，实现了巷道的快速掘进，月进尺最多达315米，创造国投新集公司岩巷进尺新纪录。

【关键词】软岩；大断面；快速掘进

1 工程概况

国投新集公司口孜东矿设计生产能力5.0Mt/a，采用立井开拓方式，工业广场内布置主井、副井、风井3个井筒，中央并列式通风。矿井布置2个水平，上、下山开采。第1水平为-967m，第2水平暂定为-1200m。

西翼轨道大巷主要在砂质泥岩、泥岩、细沙岩中掘进。随着矿井开采深度的不断延伸和新技术新设备的应用需求，巷道断面逐渐加大，巷道的受力状态越来越复杂，给巷道的开掘和支护带来了极为严峻的问题。而根据不同地质和生产技术条件下进行施工方法的创新，可以改善巷道的围岩受力状态，提高支护效果，达到快速掘进的目的。

西翼轨道大巷锚网喷断面拱基处净宽6500mm，墙脚净宽6990mm，净高5320mm，净断面积29.89m2，设计喷厚70mm，掘进断面积30.89m2，墙高2000mm，腰线下1410mm，巷道基础深100mm。

2 施工工艺

巷道采用BTIK2钻车或者风锤打眼、爆破的施工方法进行光面爆破掘进，一次支护采用锚网索喷支护形式，后期视顶板情况进行喷浆、注浆二次支护。采用P-90B耙矸机、ZCD-120R侧卸式装岩机配合链板机、皮带机出货。

使用超前钢筋时：交接班按中腰线画出巷道轮廓线打眼装药、联线、爆破（放下部炮）敲帮问顶装药、联线、爆破（放上部炮）敲帮问顶画轮廓线、校核掘进断面尺寸挂顶网初喷打拱部锚杆眼、打锚索眼安装拱部锚杆、安装锚索打超前钢筋眼安装超前钢筋打拱部锚杆眼安装拱部锚杆出货安装防片帮网打帮部锚杆、挂网复喷成巷（安全检查贯穿整个循环过程）。

2.2 装矸方式

工作面采用7655型风锤或BTIK2型液压钻车打眼、耙矸机配合侧卸式装岩机装货，皮带机、刮板输送机联合装载、出货。

2.3 运输方式

（1）工作面出货先期由耙矸机和侧卸式装岩机直接装矸至车皮出矸；后期由耙矸机和侧卸式装岩机装矸至刮板输送机、皮带机，然后转至单轨吊交换站回风巷及出矸联巷、西翼矸石胶带机斜巷上平巷皮带机内，最后从矸石缓冲仓进入系统。采用多工序平行作业联合出货的方式。

（2）皮带机、刮板输送机布置在巷道北侧，轨道布置在巷道南侧，轨道布置在偏巷道中心线700mm位置。皮带机中心线与巷道中心线之间间距1900mm，距巷帮1695mm。

（3）材料及设备从-967m水平井底车场直接运至迎头。

3 快速掘进关键技术

3.1 优化巷道设计

在设计巷道布置方案时，充分结合围岩地质特征，选择层位较为稳定的岩层布置西翼轨道大巷。为掘进生产线获得较高掘进速度提供适宜的巷道顶板条件，进而获得较大的空顶距，掘进与支护之间的影响相对较小，支护作业可以集中进行，以弥补单体作业效率低的缺点。

同时考虑到西翼轨道大巷初期掘进时，只能依靠耙矸机配合矿用1.5t矿车进行出矸。随着矿井生产任务节奏加快，矿井的提升压力加剧，无法保证快速掘进的出矸顺畅。为了解决出矸辅助运输的难题，在主体工程的施工排队组织上，实现对头掘进西翼矸石胶带机，同时优化设计西翼轨道大巷至西翼矸石胶带机巷联巷，进而快速实现西翼轨道大巷的出矸系统形成，采用链板机配合皮带机接到单轨吊交换站回风巷及出矸联巷、西翼矸石胶带机斜巷上平巷主运皮带，进入主运皮带系统。采用多工序平行作业联合出货的方式，为西翼轨道大巷快速掘进作业提供顺畅的排矸系统。同时联巷在工程后期作为单轨吊交换站回风巷，避免了工程浪费。

出矸系统：迎头西翼轨道大巷单轨吊交换站回风巷及出矸联巷西翼矸石胶带机斜巷上平巷矸石缓冲仓主运矸石胶带机斜巷井底矸石仓装载硐室副井地面。

3.2 新设备、新工艺、新技术应用

3.2.1 采用德国达尔曼公司液压钻车打眼

掘进迎头采用德国达尔曼公司的BTRK1-PS408-COP1683型液压钻车打眼，避免了人工打眼，减少了工人劳动强度，提供了工作效率。

3.2.2 掘进自动化支护平台建设

口孜东矿在我国首次引进德国GTA掘进自动化支护平台。德国GTA公司在巷道支护过程中实现了自动化，把工人从繁重的体力劳动中解放出来，既提高了工作效率，又保证了安全。巷道支护采用的轨道式的机械手，适用于锚杆支护的巷道掘进中快速安置U型棚，另外通过配置或变更工具，该机器也可以安放管道并清洁巷道底板。使口孜东矿的巷道掘进达到了安全、省力、高速，这正是所有我国煤矿企业掘进自动化均需要达到的效果和目标。

3.2.3 侧卸式铲车的运用

采用ZCD-120R侧卸装岩机，它是国内、外新一代的无轨装载机械，是一种在极恶劣的工况下，在岩石和泥浆中工作的特种车辆。设计和制造时，充分充虑了强度、磨损、密封和紧固件松动等四个方面的关键技术问题。与其它装载机械相比有以下优点：

（1）生产率高。斗容大，插入力大，可向一列矿车卸载。当配用皮带转载机，使用1.5t以下矿车运输可以达到连续装运，充分发挥侧卸装岩机的高生产率作用。

（2）一机多用。除装卸载以外，尚能辅助完成其它工序的作业，如巷道清底，工作面短距离运料、起重，用作支护工作平台等，从而显著降低了工人体力劳动强度，提高了巷道掘进的机械化水平。

（3）作业安全。全断面装岩有利于安全施工；电动型ZCD-120R侧卸装岩机无废气污染，噪音低。

（4）能方便地与钻车和其它巷道工作面机械配套，组成高效机械化作业线。

3.2.4 引用德国沙尔夫公司单轨吊

物流输送系统采用柴油机单轨吊，工作面迎头采用气动单轨吊。

在物料运输方面，地面装载运输采用轨道输送，入井后在井下用德国沙尔夫单轨吊换乘站，用单轨吊向掘进迎头配送物资。提高了运输效率，减少了巷道变形对运输的影响，使运输更加灵活、便捷。

同时工作面迎头采用气动单轨吊操作平台，可上下平行作业，实施全断面一次成巷。随着该套操作平台的投入使用，大大降低了职工的劳动强度，全岔眼打眼速度由3小时缩短为2小时，圆班进尺创5.4m新高，大大提高了工作效率，进一步提高矿井炮掘单进水平。

3.2.5 移动式脚手架的研制与应用

综掘六队自主创新研制的移动式脚手架具有组装使用方便、可移动、稳固可靠等特点。在设计上，采用销轴固定，螺栓紧固，所有的受力部位全部将力向下传导到四个移动轮组上，并且所有组件均是利用报废的风水管和矿车轮轴加工而成，提高了废品利用率，真正做到了高安全、高工效、低成本。移动式脚手架较普通脚手架相比，避免了脚手架的重复搭设和拆除，月节省人工在90个以上。

3.3 掘进巷道全面推行一次成巷、全锚支护

一次成巷支护，可减少巷道迎头岩石暴露风化时间，有效提升巷道支护强度。为此，口孜东矿为各掘进队配备了最先进的大功率综掘机和侧卸式装岩机，为一次成巷提供必要条件。

全长锚固方式较端锚有更强的锚固力，可以有效控制围岩变形，对保证深井高地应力下巷道支护强度具有重要意义。在全矿推行一次成巷、全锚支护后，收到了明显效果。

3.4 合理确定施工组织

（1）加强各机械化设备的协调配合，最大限度发挥机械化设备的优势。

（2）固定工种、固定岗位、固定人员，使工序达到标准化配置，形成流水线作业方式。

将各工序进行分解，固定工种、固定岗位、固定人员进行同一工序的操作，使工序达到标准化配置，使工人重复操作同一工序，从而熟练化，达到流水线作业要求。

（3）交叉、平行作业，提高工时利用率。

施工作业必须根据劳动组织的人员配备，合理安排各道工序，工序与工序之间尽量做到交叉、平行作业，以充分利用工作时间，提高工时利用率和单产单进水平。如支护锚杆施工时可同时进行打锚索、钉道、卧底、打运支护料等工作；利用操作平台，可以上下工序同时进行；在工序分解后，隔开时间段，当工人完成一工序后，再施工另一工序。

3.5 加强人员培训及现场管理

（1）该快速自动化掘进作业线建设前，矿多次组织召开专题会与现场会，组织技术人员结合图纸资料等，仔细研究设备技术参数、熟悉设备的各项性能、操作技巧。与此同时，综掘六队编制了专项安全技术措施，并贯彻到每一位职工，并要求基层管理人员要深入学习先进设备的理论知识与实操技能，加强对设备的现场管理，机电技术人员要切实做好设备的维护与保养工作，保证设备安全、高效运转。

（2）高度重视先进设备的引进、安装调试、入井使用及维修保养等各个环节，充分发挥先进设备的技术优势，为矿井建设再提速，为建设高科技、自动化、安全高效矿井保驾护航。对到矿的新设备、新工艺，安排各单位优秀职工进行集中培训学习。

（3）在队伍结构和人员配置下功夫，从班队长到特殊工种，必须做到证件齐全，新老员工搭配合理，加强“导师带徒”工作，充分提高职工的综合操作素质和业务技能；完善区队质量体系，加大标准化班组建设力度。

（4）在中深孔爆破上，要求眼痕率不得少于百分之八十，保证巷道成形。

（5）立足“精准细严”，严抓安全质量标准化。

参考文献：

[1]杨壮.大断面煤巷综掘锚杆支护快速掘进关键技术研究[D].安徽理工大学，2008.

[2]陈炎光，陆士良.中国煤矿巷道围岩控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，1994.

作者简介：

谭军，1963年9月出生，毕业于安徽理工大学，硕士，长期从事煤矿技术工作，在国家级刊物上发表多篇论文，现任国投新集能源股份有限公司副总经理。