綜掘巖巷掘進(jìn)工藝優(yōu)化實(shí)踐

郝 勇

（長(zhǎng)治三元中能煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 046600）

隨綜采技術(shù)快速發(fā)展，回采工作面推進(jìn)速度顯著提升，采掘接替緊張局面更為凸顯[1-2]。特別是開采的煤層受到水、瓦斯等影響礦井，由于疏排水、瓦斯抽采等占據(jù)大量時(shí)間，會(huì)進(jìn)一步延緩采面生產(chǎn)時(shí)間[3]。如何提升巷道掘進(jìn)效率成為礦井生產(chǎn)時(shí)需要解決的現(xiàn)實(shí)問題。山西長(zhǎng)治三元煤礦巖巷掘進(jìn)一般采用炮掘方式，月進(jìn)尺為90～120 m，不能滿足礦井高效生產(chǎn)，后改為綜掘方式時(shí)掘進(jìn)進(jìn)尺也僅為150 m/月，為此需要對(duì)巷道掘進(jìn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，提高巷道掘進(jìn)效率。

1 工程概況

長(zhǎng)治三元煤礦開采的5#煤具有突出危險(xiǎn)性，開采范圍內(nèi)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，受瓦斯治理、疏排水工作影響，礦井采掘接替局面十分緊張，預(yù)計(jì)將有至少3 個(gè)月時(shí)間無(wú)采面可采。由于5#煤層為礦井首采工作面，瓦斯治理均是通過掘進(jìn)底板瓦斯抽放巷實(shí)現(xiàn)，前期巷道掘進(jìn)一般采用炮掘方式，掘進(jìn)進(jìn)尺無(wú)法滿足生產(chǎn)需要。為提高巷道掘進(jìn)效率，礦井先后購(gòu)置多臺(tái)EBZ318 綜掘機(jī)代替炮掘。

現(xiàn)階段6 采區(qū)軌道運(yùn)輸上山沿著5#底板下方15 m 位置的砂質(zhì)泥巖中掘進(jìn)，巷道頂?shù)装鍑鷰r均為砂質(zhì)泥巖，軌道運(yùn)輸上山頂?shù)装鍘r性見表1。軌道運(yùn)輸上山掘進(jìn)斷面為半圓拱形（凈斷面積19.4 m2），但是受矸石運(yùn)輸、勞動(dòng)組織以及災(zāi)害治理等限制，EBZ318 綜掘機(jī)投入使用后巷道掘進(jìn)進(jìn)尺并未明顯提升，巷道掘進(jìn)進(jìn)尺穩(wěn)定在150 m/月水平，未能充分發(fā)揮綜掘設(shè)備效率。

表1 軌道運(yùn)輸上山頂?shù)装鍘r性

2 掘進(jìn)工藝優(yōu)化

巷道采用EBZ318 綜掘機(jī)后掘進(jìn)進(jìn)尺未能顯著增加，分析主要是掘進(jìn)管理、矸石運(yùn)輸以及巷道支護(hù)等方面影響。為此，從施工組織、掘進(jìn)工藝、巷道支護(hù)以及矸石運(yùn)輸?shù)确矫鎸?duì)掘進(jìn)工藝進(jìn)行優(yōu)化。

2.1 施工組織

現(xiàn)階段巷道掘進(jìn)按照“三八制”施工，巷道掘進(jìn)完成后即掛金屬網(wǎng)、打錨桿及錨索對(duì)圍巖進(jìn)行支護(hù)，巷道支護(hù)占據(jù)大量的掘進(jìn)時(shí)間。具體各環(huán)節(jié)安排如圖1。

圖1 原施工組織安排

為了最大程度實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)各環(huán)節(jié)平行操作，需要對(duì)施工組織進(jìn)行優(yōu)化。由于巷道為巖層巷道，圍巖為賦存較為穩(wěn)定的砂質(zhì)泥巖，承載能力相對(duì)較強(qiáng)，加之綜掘掘進(jìn)對(duì)圍巖擾動(dòng)顯著小于炮掘方式，因此將巷幫及錨索支護(hù)滯后掘進(jìn)工作面一段距離施工。具體優(yōu)化后的施工組織形式為：綜掘機(jī)破巖后及時(shí)對(duì)巷道拱頂及時(shí)鋪網(wǎng)、打錨桿支護(hù)，巷幫金屬網(wǎng)、錨桿滯后掘進(jìn)迎頭25 m 施工，錨索滯后掘進(jìn)迎頭50 m 施工。通過施工優(yōu)化實(shí)現(xiàn)巷道掘進(jìn)、巷幫支護(hù)及錨索施工平行作業(yè)，減少支護(hù)對(duì)掘進(jìn)影響。

2.2 優(yōu)化鉆場(chǎng)施工

為了實(shí)現(xiàn)5#煤層瓦斯治理及疏排水工作高效開展，在6 采區(qū)軌道運(yùn)輸上山每間隔60 m 布置一鉆場(chǎng)，鉆孔深度10 m，寬度8 m，矩形斷面。以往鉆場(chǎng)掘進(jìn)采用炮掘方式，掘進(jìn)時(shí)需要回撤巷道內(nèi)作業(yè)人員，從而在一定程度上影響掘進(jìn)效率提升。

通過分析以往研究成果并借鑒其他礦井經(jīng)驗(yàn)[4-7]，提出采用綜掘機(jī)斜切進(jìn)刀方式直接破巖掘進(jìn)鉆場(chǎng)，具體如圖2。通過綜掘機(jī)切斜進(jìn)刀實(shí)現(xiàn)鉆場(chǎng)、巷道掘進(jìn)同步開展。由于采用斜切進(jìn)刀方式鉆進(jìn)鉆場(chǎng)時(shí)頂板懸露面積較大，因此，此方式僅適用于頂板較完整情況。當(dāng)頂板裂隙發(fā)育或者預(yù)掘進(jìn)鉆場(chǎng)附近有地質(zhì)構(gòu)造時(shí)可先垮過此鉆場(chǎng)，待巷道掘進(jìn)到位后再采用炮掘方式施工鉆場(chǎng)。

圖2 鉆場(chǎng)掘進(jìn)示意圖

2.3 支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化

巷道支護(hù)采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)方式，具體錨桿為Ф22 mm×2400 mm，間排距為800 mm×800 mm，金屬網(wǎng)為菱形金屬網(wǎng)；錨索規(guī)格為Ф18.6 mm×6300 mm，排距為1600 mm，巷幫及頂板各布置一個(gè)。

為了降低巷道圍巖支護(hù)耗時(shí)，可在確保圍巖穩(wěn)定前提下降低巷道支護(hù)參數(shù)。當(dāng)圍巖完整時(shí)將頂板錨桿間排距由800 mm×800 mm 更改為900 mm×900 mm，巷幫錨桿間排距由800 mm×800 mm 更改為1000 mm×1000 mm，在金屬網(wǎng)后方掛柔性纖維網(wǎng)，托盤由150 mm×1560 mm×10 mm 改為250 mm×250 mm×15 mm，并取消表面噴漿。當(dāng)圍巖破碎時(shí)仍按照原有支護(hù)參數(shù)施工。優(yōu)化后巷道支護(hù)參數(shù)如圖3。

圖3 優(yōu)化后巷道支護(hù)參數(shù)（單位：mm）

通過對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可減少錨桿施工數(shù)量并節(jié)省噴漿占用人力資源，提高巷道掘進(jìn)效率。

2.4 超前鉆探優(yōu)化

由于巷道掘進(jìn)時(shí)采用斜切進(jìn)刀方式開挖鉆場(chǎng)，為了降低超前探測(cè)給巷道掘進(jìn)造成的影響，將超前探測(cè)鉆孔施工點(diǎn)由迎頭更換至鉆場(chǎng)內(nèi)。在鉆場(chǎng)內(nèi)按照預(yù)先設(shè)計(jì)在掘進(jìn)前方布置4 個(gè)探測(cè)鉆孔，探測(cè)鉆孔孔深均為80 m，鉆探完成后巷道允許掘進(jìn)距離為60 m，有20 m 超前探測(cè)距離，超前鉆探鉆孔鉆進(jìn)與巷道掘進(jìn)得以平行開展。

2.5 矸石轉(zhuǎn)運(yùn)優(yōu)化

掘進(jìn)迎頭矸石通過耙矸機(jī)、帶式輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)脚彭房?。帶式輸送機(jī)運(yùn)輸能力較強(qiáng)，不會(huì)給矸石運(yùn)輸帶來不利影響，制約矸石運(yùn)輸?shù)闹饕獑栴}是排矸口排矸不及時(shí)。原有的炮掘方式由于月掘進(jìn)進(jìn)尺較短，矸石轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)可滿足排矸需要，但是采用綜掘方式排矸量增加50%以上，矸石轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)慢負(fù)載運(yùn)行仍滿足不了需要。

為降低矸石運(yùn)行對(duì)巷道掘進(jìn)影響，在排矸口增加布置梭車，同時(shí)布置臨時(shí)矸石倉(cāng)來存儲(chǔ)掘進(jìn)產(chǎn)生的矸石，并及時(shí)對(duì)矸石轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，增加提升能力。

2.6 強(qiáng)化機(jī)電設(shè)備維修、保養(yǎng)工作

（1）強(qiáng)化帶式輸送機(jī)管理。對(duì)掘進(jìn)巷道內(nèi)的帶式輸送機(jī)、轉(zhuǎn)運(yùn)帶式輸送等3 部輸送機(jī)進(jìn)行定期檢修，確保輸送機(jī)始終處于完好工作狀態(tài)。掘進(jìn)后及時(shí)安排人前移帶式輸送機(jī)，避免輸送機(jī)距離掘進(jìn)迎頭過遠(yuǎn)，降低排矸效率。

（2）強(qiáng)化綜掘設(shè)備管理。制定綜掘設(shè)備檢修目錄，在交接班時(shí)對(duì)綜掘機(jī)進(jìn)行檢查，重點(diǎn)對(duì)截割齒、液壓系統(tǒng)、油位以及冷卻噴霧系統(tǒng)等進(jìn)行檢修。當(dāng)發(fā)現(xiàn)截割齒磨耗嚴(yán)重時(shí)及時(shí)更換；液壓體系異常及時(shí)維修；油位不足時(shí)及時(shí)加油；冷卻噴霧系統(tǒng)堵篩、漏水時(shí)進(jìn)行疏通或者更換管路，從而最大程度確保綜掘機(jī)使用效率。

（3）強(qiáng)化掘進(jìn)期間管理。在綜掘機(jī)掘進(jìn)、破巖及排矸過程中，安排專人對(duì)綜掘機(jī)、帶式輸送機(jī)機(jī)頭等位置進(jìn)行巡查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有異?；蛘唔肥逊e等問題時(shí)立即停機(jī)，避免設(shè)備損壞影響掘進(jìn)。

3 結(jié) 語(yǔ)

（1）6 采區(qū)軌道運(yùn)輸上山由炮掘方式改為綜掘方式后，巷道掘進(jìn)進(jìn)尺未有顯著提升，分析受掘進(jìn)組織、圍巖支護(hù)、鉆場(chǎng)掘進(jìn)以及矸石轉(zhuǎn)運(yùn)等因素制約。為此，對(duì)掘進(jìn)工藝進(jìn)行優(yōu)化。

（2）優(yōu)化掘進(jìn)組織方式實(shí)現(xiàn)巷幫、錨索支護(hù)與巷道掘進(jìn)平行作業(yè)；優(yōu)化鉆場(chǎng)施工，采用斜切方式完成鉆場(chǎng)鉆進(jìn)，避免鉆場(chǎng)單獨(dú)采用炮掘?qū)ο锏谰蜻M(jìn)影響；在鉆場(chǎng)內(nèi)施工長(zhǎng)距離探測(cè)鉆孔實(shí)現(xiàn)超前探測(cè)鉆孔施工與巷道掘進(jìn)同步；圍巖條件較好時(shí)增加錨桿間排距，由800 mm×800 mm 改為1000 mm×1000 mm，并通過鋪設(shè)柔性纖維網(wǎng)代替噴漿減少支護(hù)耗時(shí)；強(qiáng)化綜掘設(shè)備管理避免設(shè)備故障對(duì)掘進(jìn)影響，在排矸口布置臨時(shí)矸石倉(cāng)存儲(chǔ)矸石降低矸石轉(zhuǎn)運(yùn)能力不足給掘進(jìn)造成的影響。

（3）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，巷道掘進(jìn)進(jìn)尺由150 m/月提升至220 m/月，掘進(jìn)優(yōu)化取得顯著成果。