巖巷掘進工藝探析

李 凱

（陽煤集團壽陽開元礦業(yè)有限責任公司，山西 壽陽 045400）

煤礦井下巖巷掘進是綜采作業(yè)中的核心工序，巖巷掘進的效率和安全性對確保后續(xù)綜采作業(yè)的順利進行具有十分重要的意義。隨著綜采作業(yè)深度的不斷增加，井下地質(zhì)條件愈加復雜，導致井下巖巷的掘進、支護難度劇增，而且由于傳統(tǒng)井下巖巷掘進時使用的掘進設(shè)備和地質(zhì)情況匹配度低、爆破方案落后、井下掘進作業(yè)采用串行方式進行，嚴重影響了煤礦井下巖巷掘進的效率和安全性。

結(jié)合井下巖巷掘進作業(yè)效率和經(jīng)濟行的需求，本文提出了一種新的巖巷掘進工藝，其通過優(yōu)化掘進工藝、合理選用支護結(jié)構(gòu)、優(yōu)化掘進過程中的作業(yè)管理，有效的提升了井下巖巷掘進效率和安全性，根據(jù)在煤礦井下的實際使用表明，新的巖巷掘進方案能夠?qū)r巷掘進效率提升了42.7%，支護成本降低了19.2%，不僅顯著提升了井下掘進效率和安全性而且也極大的提升了巖巷掘進的經(jīng)濟性，具有極大的應用推廣價值。

1 影響巖巷掘進效率的因素分析

通過對井下巖巷掘進工作流程的分析，可將影響巖巷掘進的因素分為設(shè)備因素、掘進工藝因素和掘進工作管理因素三個方面[1]。其中設(shè)備因素主要是指巖巷掘進時設(shè)備選型和井下地質(zhì)條件不匹配，導致影響掘進效率和安全性，具體來說包括設(shè)備選型和井下運輸轉(zhuǎn)運方式兩個方面。掘進工藝因素主要是指巖巷掘進方法、爆破方法以及支護方法三個部分。掘進工作管理主要是指巖巷掘進過程中各種工作的排布方案，各個影響因素之間的相互關(guān)系如圖1所示。

圖1 影響巖巷掘進效率的因素匯總

2 設(shè)備因素解決方案

根據(jù)煤礦井下的實際地質(zhì)情況，首先對巷道通過能力等進行分析，選擇設(shè)備尺寸余量大，通過能力強的掘進設(shè)備和運輸設(shè)備。在巷道掘進過程中由于巷道內(nèi)巖層具有多變性，因此為了滿足對大硬度巖層的切割需求，推薦選用MGH720系列高速掘進機，該設(shè)備既能夠滿足對大硬度巖石的截割作業(yè)需求，也能夠滿足對井下綜采面煤炭的綜采作業(yè)需求，一機多用，避免了設(shè)備調(diào)換時導致的異常和產(chǎn)能損失。

由煤礦井下巷道內(nèi)區(qū)域狹小，因物料的轉(zhuǎn)運受到了極大的限制，傳統(tǒng)巖巷掘進作業(yè)時主要采用了礦車運輸?shù)姆桨?，但該方案不僅需要鋪設(shè)大量的運輸軌道，而且單次運量少，工作量大、效率低下。本文提出了一種新的組合式的物料轉(zhuǎn)運方案，采用刮板輸送機、帶速輸送機、轉(zhuǎn)載機相結(jié)合的形式。在掘進作業(yè)時，應將輸送機布置到掘進作業(yè)面后側(cè)約80 m的位置，在掘進面處設(shè)置刮板輸送機和后側(cè)的帶式輸送機相連接，滿足掘進面物料快速運輸?shù)男枨?，在需要轉(zhuǎn)彎的位置布置轉(zhuǎn)載機[2]，實現(xiàn)物料的小半徑快速轉(zhuǎn)彎。該方案能夠?qū)㈤g斷式的物料運輸方式提升為連續(xù)物料運輸，滿足快速、穩(wěn)定、安全的物料運輸需求。掘進面掘進作業(yè)布置結(jié)構(gòu)如下頁圖2所示。

圖2 掘進設(shè)備布置結(jié)構(gòu)示意圖

3 掘進因素優(yōu)化

巖巷井下掘進工藝直接決定了巷道掘進效率和安全性，傳統(tǒng)巖巷掘進時，首先截割巖巷的上側(cè)，截割后進行手工支護，然后再截割下側(cè)巖巷，該方案單班僅能掘進2.3 m，效率極其低下。

針對井下復雜情況，對巖巷掘進方式進行優(yōu)化，首先將巖巷下側(cè)進行掏底挖槽，然后對掏槽區(qū)域進行排矸，完成后將掘進機移動到掏槽內(nèi)，支護完成后控制掘進機截割上側(cè)巖巷。在進行掏槽設(shè)置時，針對傳統(tǒng)的淺孔爆破方案所存在的爆破安全性差、掏槽四周成型質(zhì)量差，需二次修整的情況，提出了一種新的中深孔光面爆破方案，將掏槽的掏槽眼的深度設(shè)置為2.8 m，槽眼設(shè)置時呈圓形，槽眼之間的距離按0.2 m設(shè)置。在進行爆破時，選擇反向裝藥爆破方案，利用爆破時能量反向沖擊的效果，實現(xiàn)對指定區(qū)域的有效爆破。

由于井下巷道內(nèi)區(qū)域狹窄，因此支護設(shè)備布置和轉(zhuǎn)運均存在較大的限制，傳統(tǒng)支護時采用了錨桿+錨索支護結(jié)構(gòu)，支護效率低、承載能力弱。因此本文提出了一種新掘錨護一體設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)井下的錨護一體化自動作業(yè)。根據(jù)實際應用表明，采用新的支護結(jié)構(gòu)后，井下的支護效率提升了36.2%，井下支護成本降低了17.6%，顯著提升了井下支護作業(yè)的效率和安全性。新型的錨護一體設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖3所示[3]。

圖3 錨護一體設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

4 工作管理優(yōu)化及應用效果分析

在巖巷掘進過程中主要包括巖巷爆破、巷道支護、廢料轉(zhuǎn)運等工序，在傳統(tǒng)的管理方式中主要采用了串行作業(yè)方式，雖然能夠簡化巖巷掘進時的管理，但是各個工序間的銜接性能很差，會嚴重影響井下巷道掘進效率。因此本文提出了采用工序并行的綜采面工作管理方式[4]，通過對掘進作業(yè)方式的優(yōu)化，實現(xiàn)了各個工序間的有序銜接。

為了進一步的提升井下巖巷掘進的效率，提高工人的工作積極性，因此一方面組織定期對技術(shù)人員進行技術(shù)培訓、提高作業(yè)水平，一方面優(yōu)化管理制度，建立獎懲結(jié)合機制，提高員工進行工序改善和流程優(yōu)化的積極性。

通過對掘進設(shè)備、掘進工藝和勞動組織管理的優(yōu)化，顯著的提升了井下巖巷掘進作業(yè)的效率和安全性。根據(jù)實際應用表明，優(yōu)化后巖巷掘進效率提升了42.7%，單班的掘進速度提升到了3.3 m/班。井下的支護效率提升了36.2%，井下支護成本降低了17.6%，在巖巷掘進期間未發(fā)生頂板垮塌等安全事故，顯著提升了巖巷掘進的效率和經(jīng)濟性，目前已經(jīng)在多個煤礦得到了推廣應用。

5 結(jié)論

針對目前井下巖巷掘進作業(yè)效率低、巖巷穩(wěn)定性差的現(xiàn)狀，提出了一種新的巖巷掘進工藝，其通過優(yōu)化掘進工藝、合理選用支護結(jié)構(gòu)、優(yōu)化掘進過程中的作業(yè)管理，有效的提升了井下巖巷掘進效率和安全性，根據(jù)實際應用表明：

1）設(shè)備因素、掘進工藝因素和掘進工作管理因素，是影響巖巷掘進效率的關(guān)鍵。

2）刮板輸送機、帶速輸送機、轉(zhuǎn)載機相結(jié)合的形式，能夠?qū)崿F(xiàn)巖巷掘進過程中物料的連續(xù)輸送，效率高，成本低。

3）采用新的掘進工藝和錨護一體的支護結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒅ёo效率提升36.2%，井下支護成本降低17.6%。

4）采用工作管理優(yōu)化，實現(xiàn)巖巷掘進時的并行作業(yè)，能夠?qū)r巷掘進效率提升42.7%，單班的掘進速度提升到3.3 m/班。