大断面岩巷快速掘进技术在某矿的应用研究

【摘 要】巷道掘进速度是影响采掘工作面正常接替的一个重要因素，掘进大断面岩巷时更是如此。影响掘进速度的因素有很多，如设备、工艺、管理等。为了研究大断面岩巷快速掘进技术，本文以某矿为研究对象。该矿拟在新增采区内掘进一条运输大巷，大巷布置在7#煤层顶板砂岩内，因此掘进困难，且工程量大。在采用液压钻车配套侧卸式装岩机的岩巷机械化掘进作业线后，在保证岩巷工程质量的前提下，实现了巷道掘进速度质的提升。

【关键词】大断面岩巷；快速掘进；液压钻车配套侧卸装岩机

1 前言

钻爆法是我国大多数岩岩掘进时采用的方法，其作业线有两种形式，一是全液压钻车配侧卸装岩机作业线，二是气腿式凿岩机配耙斗装岩机作业线。某矿在以往巷道掘进时常采用的是第一种作业线。在扩大矿区规模、实现产能升级目标的引导下，该矿决定在井田范围内新增两个采区，并拟在7#煤层顶板砂岩内布置一条辅助运输大巷，所处开采水平标高为-800m，设计巷道断面面积为25.5m2，设计总长度为1220m，属大断面岩巷掘进工程。围岩普氏系数f平均值为10，岩层较为坚硬，若采用气腿式凿岩机配耙斗装岩机作业线掘进，则无法矿区对工程进度要求。在分析了影响岩巷掘进速度因素后，经研究决定采用第二种方法，也就是液压钻车配套侧卸式装岩机的岩巷机械化掘进作业线，自采用该技术以来，实现了“工程质量与工程进度双管齐下”的目标。

2 影响岩巷掘进速度因素分析

该矿地质条件较为复杂，经过现场考察与资料分析，总结影响岩巷掘进速度因素有如下几点：

（1）连续采煤掘进和支护不协调，人和机器的时间浪费较多，不能充分发挥综合机械化掘进煤巷的优势。

（2）锚杆支护前的准备工作和临时支护时间较长，班组间的工作接替不合理，时间长，影响掘进速度。

（3）在整个掘进施工过程中，锚杆支护是所用时间最长的一道工序是影响快速掘进的主要环节，具体影响有：①机掘巷道成形不规范，打眼过程中出现跑钻现象。锚杆支护巷道大部分是矩形巷道，顶帮不平整也是影响打眼速度的主要因素之一；②安装顶、帮锚杆施工不能平行作业。掘进施工中，顶、帮锚杆在同一轮廓线上，并要求紧跟窝头，顶、帮打眼安装过程相互影响。如：有时顶锚杆施工45min，帮锚杆施工70min，由于相互影响，平行作业时间小于25min；③职工操作不熟练，安装锚杆用时太长。在机掘锚杆支护巷道施工中，要求网、托梁要贴帮贴顶，否则要进行人工处理，若遇凹凸不平就要将托梁打弯，使紧贴煤壁。从而造成锚杆安装时间太长；④帮钻杆太长，当两帮同时打眼会相互影响。重复安装锚杆现象较多，在搅拌不好或锚固失效的情况下要补打，延长了时间。同时用风钻机械拧紧螺丝时往往预紧力不符合设计要求，需要用手动工具拧紧。

（4）作业人员对设备操作的熟练程度和维护检修能力，也是影响工作面快速掘进的因素。

3 大断面岩巷快速掘进施工工艺

3.1 液压钻车配套侧卸装岩机的岩巷机械化作业

由于辅助运输巷埋藏较深（-800m），围岩应力因此也呈现较高水平。研究决定采用CMJ27型钻车替代气腿凿岩机，ZCY120R侧卸式装岩机替代了耙斗装载机，配合SSJ-800皮带出矸，为保证巷道支护强度，采用全断面多重锚喷支护技术。该条机械化作业线主要优点有：

（1）凿岩和装岩速度快。大断面岩巷钻凿，100余个炮眼仅需100min，而气动凿岩机需200min；侧卸装岩机装岩效率比普通耙斗机提高2倍。凿岩速度和装岩效率的提高，促进了单进的提高。

（2）劳动强度低。液压钻车从根本上消除了繁重的体力劳动；没有废气；噪声低，操作人员在永久支护下工作安全可靠。

（3）液压钻车、侧卸式装岩机配套的全液压普掘作业线的应用，实现了岩巷的安全高效掘进。

3.2大断面岩巷的全断面一次中深孔控制爆破技术

（1）掏槽方式。为取得良好的掏槽效果，对于眼深在2.0m左右的中深孔爆破，采用楔形掏槽方式，保证每对斜眼的孔底距在200mm左右。

（2）辅助眼和周边眼的布置。辅助眼距一般500mm，方向垂直于工作面，周边眼间距一般400mm，严格控制周边眼药量，尽量减少围岩破坏和超欠挖。

（3）炮眼深度。炮眼深度主要由钻眼机具的凿岩能力及工人操作水平决定，基于快速掘进的需要考虑，循环进尺设计在一个班内能完成一个正规作业循环。

（4）爆破微差时间及起爆顺序。微差起爆主要是前一时间段起爆为下一时间段提供自由面，因此，确定掏槽眼与二次扩槽、辅助眼与周边眼之间的时间差是关键，前者保证掘进深度，后者确保断面轮廓完整。

3.3 深部岩巷掘进全断面多重锚喷支护技术

随着开采深度的加大，通过结合掘进工艺的实施和理论，在大断面岩巷的全断面一次掘进的基础上，提出采用全断面的多重复合锚喷支护技术。工作面放炮后，立即喷混凝土层，快速封闭围岩，防止潮解风化。初喷后即全断面打眼安装锚杆，作为临时的一次支护，然后进行复喷支护达到设计喷厚的50%，以适应初期的剧烈变形期。经过一定时间，再进行二次锚喷支护，打眼安装锚杆压网、喷浆到设计喷厚，形成永久支护。这种支护结构的外层锚杆和金属网不仅加固和保护围岩，而且将喷层、金属网、围岩锚合在一起，改变了喷射混凝土抗拉强度低的弊端，形成韧性较大的表面保护层。全断面的多重复合支护技术能及时给爆破后的围岩以封闭和支撑，使永久支护结构免遭围岩剧烈变形的破坏。

4 辅助运输巷大断面机械化高效掘进的实践

4.1 巷道的基本技术特征和基本施工方案

设计巷道断面为直墙半圆拱形，掘进断面积25.5，净断面22.3，掘进高度4.25m、宽度5.1m。全断面掘进机械化作业线主要设备有CMJ27型钻车（凿岩）、ZCY120R侧卸装岩机（装岩）、YT-24 型风钻、MQT-120型风动锚杆钻机、为了充分利用掘进循环时间，在快速掘进中积极采用多工序平行交叉作业。从整个施工工序来看，为充分利用大断面空间，采用“前面打眼，后面复喷；前面支护拱部，后面出矸”作业方式。

4.2 主要施工技术参数

（1）全断面多重锚喷支护技术优化。支护材料为：Φ20×2000mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆、树脂锚固剂、10铁丝菱形网，喷射混凝土厚度100mm，喷射混凝土标号不低于32.5R水泥，沙为纯净的河沙，配比为水泥：沙= 1：4。

（2）全断面中深孔一次爆破技术方案。掘进工作面采用全断面一次打眼、两次起爆的光面爆破技术。使用煤矿许用Φ27mm水胶炸药。煤矿许用1～5段毫秒延期电雷管，最后一段电雷管延期时间不得超过130ms。联线方式为等分组串并联，减小了整个爆破网络的全电阻，从而防止了拒爆的发生。

5 结语

传统的气腿式凿岩机大断面岩巷施工只能采用台阶掘进，液压钻车、侧卸式装岩机的机械化施工有效解决了大断面中深孔爆破和深部全断面岩巷的一次掘进技术问题，使深部大断面岩巷的安全掘进在技术上成为可能。液压钻车、侧卸式装岩机配套的机械化施工工艺技术的应用，合理科学的施工技术方案的实施，降低了材料消耗，提高了深部岩巷工程质量，掘进速度提高40%以上，具有显著的技术效果和巨大的经济效益。

参考文献：

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