復(fù)合頂板巷道快速掘進技術(shù)實踐分析

孫 輝(山西省長治市山西潞安工程有限公司,山西 長治046000)

1 前言

進入總體經(jīng)濟體系建設(shè)新階段后,我國金融體制與制造業(yè)形成了緊密聯(lián)動,由此推進了我國在國際市場與國內(nèi)市場的工業(yè)競爭優(yōu)勢。與此同時,對于能源的需求量也隨之增加,以煤炭能源為例,近年來開采的新巷道正在以每年大于1.2 萬km 的速度增長。然而,在開采量逐漸增大的條件下,巷道掘進開采的阻礙因素也同步增大。為了確保煤炭能源生產(chǎn)與供給滿足能源市場的有效需求,在新時期有必要加強對復(fù)合頂板巷道快速掘進技術(shù)實踐的分析,進而通過對其工藝的優(yōu)化,提升其開采效率。

2 復(fù)合頂板巷道掘進概況

2.1 巷道掘進概況

以某煤礦掘進巷道為例,該巷道屬于南翼中組,在其膠帶巷掘進中,沿著6#煤頂板進行施工作業(yè)。根據(jù)勘測報告,其中煤層厚度約1.8～6.6m,平均煤層厚度為3.47m。該區(qū)域的煤層結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜,以砂質(zhì)泥巖為主,夾雜有夾矸,其厚度約為0.1～0.6m,層數(shù)為1～2 層。在煤層南西向,轉(zhuǎn)向南東向的限定條件下,傾角1°～15°,平均傾角5°。地質(zhì)構(gòu)造方面包括陷落柱和斷層及節(jié)理,該施工區(qū)域的構(gòu)造屬于整體呈現(xiàn)、背斜組合,其中1176#陷落柱位于施工位置到開口前360m 附近,1253#陷落柱位于815m 附近,1371#陷落柱位于910m 附近,三個陷落柱的預(yù)計分別穿越38m、36m、21m,不排除隱伏陷落柱的存在。巷道掘進過程中,存在7 條斷層,其落差范圍1～4.5m,不排除隱伏斷層的存在。巷道施工區(qū)域的節(jié)理發(fā)育方面,北東向為主節(jié)理。

2.2 巷道掘進地質(zhì)特征

從地質(zhì)表現(xiàn)方面分析,主要體現(xiàn)在五大方面:一是直接頂屬于砂質(zhì)泥巖,平均厚度為8.71m(厚度約為6.81～10.85m),由于巖石特征以黑灰色泥巖為主,水平層理含有大量云母碎片黃鐵礦與菱鐵礦結(jié)核,以團塊形態(tài)為主,因此,在實際巷道掘進中,泥巖結(jié)構(gòu)會造成一定程度的風(fēng)險,可能引發(fā)冒落。二是巷道掘進區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造決定了其地質(zhì)條件的復(fù)雜性,加之復(fù)合頂板結(jié)構(gòu)的存在,不排除較大可能的圍巖破碎問題。三是基本頂、直接頂、直接底、基本底圍巖特性存在差異,煤層厚度也不相同,變化相對較大,因此當(dāng)斷層數(shù)量較多的條件下,巖石量也會增加,從而對巷道掘進作業(yè)造成較大阻礙。四是根據(jù)實地勘測煤層結(jié)構(gòu)中存在裂隙發(fā)育,因而當(dāng)富水性較強的情況下,易發(fā)生涌水現(xiàn)象。五是該區(qū)域的煤層瓦斯含量測定結(jié)果表明,在含量相對較高的條件下,必須配套相應(yīng)的瓦斯治理方案。由以上五個方面的因素,極大的降低了巷道掘進速率,增加了巷道掘進風(fēng)險,因此,需要采取針對復(fù)合頂板巷道快速掘進技術(shù)的改進方案,利用工藝優(yōu)化的辦法,提高掘進效率。

3 復(fù)合頂板巷道快速掘進工藝優(yōu)化

在復(fù)合頂板巷道快速掘進技術(shù)實踐中,需要按照系統(tǒng)作業(yè)的基本要求,配置配套的掘進設(shè)備、截割設(shè)備;設(shè)計與掘進作業(yè)密切關(guān)聯(lián)的施工工序與作業(yè)方式,以及支護方案等。因此,從設(shè)備選型、截割工藝、掘進工序、支護工藝、作業(yè)方式五個工藝優(yōu)化層面展開具體討論。

3.1 設(shè)備選型優(yōu)化

在復(fù)合頂板巷道掘進中的主要問題集中于巷道掘進速率方面,因此,為了確保掘進速率的有效性,以及配合其他設(shè)備進行協(xié)同作業(yè),建議以運轉(zhuǎn)速率相對較高的掘進設(shè)備為主,根據(jù)本區(qū)域的施工需求,可以選用EBZ-200 型掘進設(shè)備,由于該設(shè)備的爬行性能較好、發(fā)熱量低,且具備智能操作功能;因此,在配套進行常態(tài)化維護管理措施的條件下,可以較好的規(guī)避掘進停機與掘進速率較慢的問題。

3.2 截割工藝優(yōu)化

在本次巷道掘進過程中,為了滿足其截割工藝需求,以配套設(shè)備為基礎(chǔ),選用了EBZ-260 型掘進截割設(shè)備,其功率為200kW,能夠保障截割的有效性與可靠性。由于存在地質(zhì)情況產(chǎn)生的阻礙因素與困難,在組織專家組進行分析討論后,決定按照“之”型移動路線,設(shè)計由上到下、由中間向兩幫的操作工序,提高截割效率[1-2]。

3.3 掘進工序優(yōu)化

在巷道掘進作業(yè)中,由于要進行煤巷與半煤巷作業(yè),因此,在本次巷道掘進中,配套應(yīng)用了錨梁網(wǎng)支護、錨噴支護、錨桿支護,簡化了巷道支護施工(掘進施工與支護施工分別實施)。當(dāng)前的支護數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計分析結(jié)果表明,支護施工的時間約占到總施工的70%,因而為了提高掘進效率與掘進安全,建議在掘進工序方面進行一些優(yōu)化。采用交叉平行施工作業(yè)方案,開展多工序平行作業(yè),這樣就能夠有效的優(yōu)化巷道作業(yè)環(huán)境、降低掘進成本、確保掘進質(zhì)量[3-4]。

3.4 支護工藝優(yōu)化

為了巷道掘進的安全性,需要在巷道支護施工方面進行一些支護工藝優(yōu)化。根據(jù)本次掘進情況,頂板結(jié)構(gòu)方面存在一定的相對差,因此,在限定區(qū)域內(nèi),可以結(jié)合錨索支護、錨桿支護,為巷道成型提供有效保障。同時,利用支護工藝的優(yōu)化節(jié)約支護成本。具體操作:一是在頂板結(jié)構(gòu)打入7 根錨桿進行支護,確保其頂距在2.0m 范圍以內(nèi);可以在巷道兩幫位置,配套應(yīng)用8 根錨桿進行支護,其距離以10m為宜。二是在完成錨桿支護后,通過1 根錨索進行支護,其距離控制在20m 為宜,此根錨索應(yīng)用位置以頂板中部為準(zhǔn);然后,從頂板結(jié)構(gòu)兩邊,分別設(shè)置1 根錨索進行支護,其距離控制在25m 為宜。三是為了保障支護作業(yè)的有效性,結(jié)合頂板結(jié)構(gòu)松動范圍檢測報告提供的參考數(shù)據(jù),配套選擇迎頭安裝方式,保障巷道頂板支護的安全性與可靠性。

3.5 作業(yè)方式優(yōu)化

本次巷道掘進施工中,主要按照系統(tǒng)性的思路,按照現(xiàn)場調(diào)查、勘測報告分析、掘進工藝優(yōu)化、掘進保障機制設(shè)置等環(huán)節(jié)設(shè)計了針對復(fù)合頂板巷道快速掘進技術(shù)實踐方案。因此,在作業(yè)方式方面,根據(jù)作業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果,掘進作業(yè)時間遞增,人員作業(yè)的效率隨之遞減,二者之間存在一定限定范圍外的反比例關(guān)系。主要是因為掘進作業(yè)工作量較大,在長時間作業(yè)后,作業(yè)人員的體力隨之下降,間接造成了作業(yè)效率降低問題。為了化解作業(yè)效率不高的問題,經(jīng)過專家小組研討,設(shè)計了“四六制循環(huán)作業(yè)方式”,按照“三掘一檢修”的交叉施工方案,形成了平行施工作業(yè)方式,并且在交班重合時間中,通過錨桿補打與掘進作業(yè)準(zhǔn)備,提升了作業(yè)效率。

4 復(fù)合頂板巷道快速掘進保障機制

在對復(fù)合頂板巷道快速掘進技術(shù)實踐進行工藝優(yōu)化的同時,需要配套的做好保障機制建設(shè),進而確保技術(shù)實踐中的安全性、有效性、可靠性。結(jié)合本次掘進作業(yè)經(jīng)驗,分別從質(zhì)量管理機制、現(xiàn)場約束機制進行具體說明。

4.1 質(zhì)量管理機制

一是針對支護施工質(zhì)量控制,將巷道中線誤差控制100mm 以內(nèi);并且選擇了左旋螺紋鋼高強錨桿作為頂幫部錨桿支護材料;嚴(yán)格設(shè)置了錨桿的間距、排距等。二是在頂部打眼過程中,選用的錨索機與鉆頭直徑為27mm;同時,頂板管理中禁止了空頂施工。三是針對煤層瓦斯問題,制定了專門的治理方案,增加了瓦斯與二氧化碳智能監(jiān)控檢測設(shè)備,配置了消防設(shè)施,包括滅火器、沙子、黃泥等;在通風(fēng)區(qū)域,若測定的瓦斯?jié)舛刃∮?.8%,巷道掘進開始施工。四是針對斷層破碎問題,配套增加了常態(tài)化巡檢以外的隨機檢查,既確保了常態(tài)化的“敲幫問頂”檢查效果,也提升了監(jiān)督檢查的力度。五是將質(zhì)量管理、安全管理,統(tǒng)一到了評估機制、監(jiān)督機制之中,通過細致的指標(biāo)考核方案,保障了全過程管理的科學(xué)性與合理性,預(yù)防了風(fēng)險的發(fā)生。

4.2 現(xiàn)場約束機制

在作業(yè)方式與施工序優(yōu)化之后,配套設(shè)置了現(xiàn)場約束機制,按照管理職能與管理責(zé)任的明確對應(yīng),使現(xiàn)場安全管理、現(xiàn)場施工作業(yè)管理得到了有效保障。

首先,按照總項目、分項目、子項目、施工要素,構(gòu)建了可以應(yīng)用到每一個項目內(nèi)容的現(xiàn)場約束機制。即通過項目對應(yīng)的崗位,劃分了每個人的職能,對應(yīng)的進行了技術(shù)交底與責(zé)任交底,因而形成了項目管理體系方案,并且將每一個項目生產(chǎn)要素,對接到了具體的崗位,確保了“各司其職”。其次,運用現(xiàn)代人力資源管理方案,分別從安全管理、質(zhì)量控制、業(yè)務(wù)技能、知識結(jié)構(gòu)等方面,進行了專門化培訓(xùn),使管理人員與作業(yè)人員對各項生產(chǎn)要素進行了全面的理解,為協(xié)同作業(yè)打下了堅實基礎(chǔ),并在此基礎(chǔ)上,提高了現(xiàn)場作業(yè)與考核指標(biāo)之間的對應(yīng),細化了交班內(nèi)容。

5 結(jié)論

針對煤炭能源的巷道掘進技術(shù),加大在其“工業(yè)設(shè)計”方面的研發(fā)投入,利用生產(chǎn)要素中的技術(shù)要素創(chuàng)新與工藝優(yōu)化方案,配套設(shè)置合理的保障機制,進而提升煤炭生產(chǎn)制造中的巷道掘進效率,為我國制造業(yè)的全面升級供給充足的煤炭能源及動力支持。