煤礦硬巖巷道快速掘進技術研究

鄭升升

摘要：平煤某礦為提高煤礦工作面底抽巷硬巖巷道掘進速度，使巷道煤層瓦斯抽采不受影響，進而使己組煤層采出率大大提高，應用深孔理論與鉆爆法的結合，根據巷道圍巖強度及結構特征，選擇CMZY2-120/18鉆裝機組為巷道掘進設備，此設備能夠同時快速高效地完成裝矸及打眼，因此需要對巷道圍巖種類的爆破難易情況進行區(qū)分，以此為基礎對巷道爆破方案進行設計，采用ANSYSLS-DYNA模擬數值對爆破參數進行優(yōu)化設計，采用平行交叉的多工序施工方案來科學組織施工。研究結果表明：該煤礦鉆裝機組應用CMZY2-120/18，平均日進尺增加到5.3m（原來3.2m），巷道支護效率提高約25%，有效地提高巖巷掘進效率。

關鍵詞：鉆爆法;中深孔爆破;快速掘進;鉆裝機組

中圖分類號：TU74

文獻標識碼：A

文章編號：2095-6487（2019）01-00053-02

0引言

鉆爆法是煤礦巖巷的基本掘進方法，該方法的爆破技術先進，能夠有效提高巷道成型及掘進進尺質量，引進此先進技術，可改善施工環(huán)境和提高施工效率、質量，減少勞動量?？茖W施工管理是各項工序順暢銜接的重要保障，所以，合理科學的巖巷快速掘進作業(yè)，是確保煤礦機械化高效生產的重要手段[1]。1掘進設備選型

平煤某礦區(qū)東西長約3.6km南北寬約3.4km;面積約8.2km2，地理坐標東經1113°根據礦井的設計生產能力和煤層條件以及集團公司要求，斜井擔負礦井矸石、設備及材料等輔助提升任務，為礦井主要進風井，同時兼作礦井安全出口。設計采區(qū)前進、區(qū)段后退，上下山布置走向長壁頂板全冒落法開采。礦井主要開采己組煤（己15、己16、己17）為主焦煤和庚組煤（庚20）。井筒凈寬3.2m，凈高3.0m，凈斷面8.5m2，斜長383m，傾角28°，井筒提升設備為JK-2/30E型單滾筒提升機，配CMZY2-120/18型鉆裝機組，配備固定式礦車。

平煤某礦西斜井底抽巷掘寬4.5m，掘高3.5m，巷道布置在細砂巖K7及石灰?guī)rK6巖層中，巖石普氏系數f>10，原施工采用EBZ260型掘進機施工，原掘進機截齒損耗快、成本高。在對掘進斷面在16m2以內的斷面，巷道適應能力較差，不能夠滿足西斜井底抽巷的快速掘進需求。采用CMZY2-120/18鉆裝機后，只需一人操作，就可以完成鉆眼和裝載作業(yè)，提高工作效率。此機組可同時應用其雙臂進行打眼，成孔質量高且速度快，在濕式打眼模式中，能夠有效地除去巖粉粉塵，施工人員的工作環(huán)境得到改善。同時，在狹小空間內，耙裝機能夠快速作業(yè)，且裝載速度快，操作靈活。行走機車的牽引力較大，能夠同轉載機及帶式輸送機配套應用。從而使懸臂式掘進機難以對硬巖進行破巖的問題得以解決，底抽巷快速掘進應用鉆裝機組配套應用輸送帶，并構成連續(xù)出矸的機械作業(yè)生產線。

2巖石可爆性分析

巖石可爆性是衡量炸藥爆炸時發(fā)生破碎難以程度的重要手段。為了理論計算爆破方案和巖石可爆性參數，應對巷道巖石性質取樣，進行物理力學試驗。一般情況下，通過巖石抗拉強度、容重、巖體完整性系數等指標來評估巖石破碎的難以程度。在爆破工程中，為提高巖石爆破效果，通常對巖石的可爆性進行分級，為設計爆破參數提供基本數據。

平煤某礦西斜井底抽巷圍巖的可爆破性分級主要是利用對西斜井底抽巷巖石的物理力學參數進行分析，對其地質構造特征、底抽巷地層綜合柱狀圖等進行分析，并從此分析中可知，因巷道高度較沙質泥巖巖層厚度大，其爆破部分主要有細砂巖K7及石灰?guī)rK6，其可爆破性分級情況，依據測定的底抽巷巖石力學參數，對K6石灰?guī)r、K7細砂巖的抗拉強度、容重及抗壓強度等指標進行分析，明確K6及K7爆破均為中等級爆破。但是，細砂巖K7具有破碎、裂隙發(fā)育等特征，其爆破后以導致巷道頂板凸凹不平，使支護難度上升。所以，在巷道爆破中，對K6石灰?guī)r及砂質巖石進行爆破時，應在原巷道層位掘進，且沿其底部進行。這樣，在K6石灰?guī)r中下部布置中深孔爆破掏槽眼，以易于掏槽爆破，為合理設計和計算爆破參數提供依據，進而得出具有良好爆破效果的參數，從而設計出中深孔爆破方案。

3中深孔爆破方案設計

巖巷掘進中深孔爆破針對西斜井底抽巷地質條件，結合巖石力學分級指標和爆破理論，計算爆破參數，設計爆破方案。

3.1掏槽方法

依據底抽巷的地質結構特征，以及巷道圍巖硬度強鉆孔難的實際狀況，選擇直眼掏槽的方式實施巷道掏槽。此方式槽腔體積較大，操作簡單，且爆破效率高，即能夠較好地保證爆破效率，掏槽眼不大，形式簡單，鉆裝機組的鉆臂角度調整范圍可以完全適應掏槽角度。

3.2爆破參數選擇

利用修正后的普氏公式對單位內消耗的炸藥量q進行計算取值，計算結果q=2.43kg/m3，考慮到爆破安全及封堵長度，單位內消耗的炸藥量取值2kg/m3，并依據炮眼對炸藥量進行平均分配并計算炮眼數目N=76個，綜合考慮掏槽眼、巷道斷面形狀、周邊眼及輔助眼的布置原則，去74個為炮眼數目。通過掘進循環(huán)作業(yè)方式明確炮眼深度L，即L=1.80米。己組底抽巷的掘進施工采用全液壓鉆裝機組，鑿巖機設備的鉆孔直徑為27-64毫米，該煤礦的煤塵及瓦斯較為突出，炸藥選用III級煤礦許用乳化炸藥，藥卷直徑為32mm和35mm兩種，因此炮孔直徑采用42mm。

通過理論分析及計算，應在掏槽眼及周邊眼間均勻布置輔助眼，炮孔間距為400至600毫米，以確保爆落的巖塊均勻，以利于裝巖工作。但周邊眼間距不能過大，通常取400毫米。依據底抽巷巖石的力學參數設計布置周邊眼，其距離巷道周邊應達100毫米，

4結束語

綜掘機和鉆裝機掘進效果分析，采用鉆裝機組爆破掘進時，支護效率提高約25%，鑿巖和裝巖效率高，施工成本低。單循環(huán)時間提高27.5%，嚴格按正規(guī)循環(huán)和各工序平行交叉作業(yè)，日進尺量由原來的3.2m增加到5.3m，降低了掘進成本，改善作業(yè)環(huán)境，運用ANSYS數值模擬優(yōu)化爆破參數，采用鉆裝機組，可以提高巖巷掘進效率，具有一定的理論意義和實用價值。

參考文獻.

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[2]趙宏偉.我國煤礦巖巷快速掘進技術現(xiàn)狀及展望[J].煤炭科學技術，2012（3）：5-7.

[3]宗琦，劉菁華.煤礦巖石巷道中深孔爆破掏槽技術應用研究[J].爆破，2010（4）：35-39.