大斷面巖巷綜掘快速掘進(jìn)工藝優(yōu)化及應(yīng)用

李昌秋

（鄭煤集團(tuán)（河南）白坪煤業(yè)有限公司，河南 鄭州 450000）

為提高礦井巖巷工作面單進(jìn)水平，白坪煤礦引進(jìn)EBZ318 型綜掘設(shè)備，替代傳統(tǒng)炮掘工藝，但由于巖層硬度系數(shù)大、設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)不暢、巷道受動壓影響等多種因素，綜掘機(jī)使用效率偏低[1-5]。基于此，以22 采區(qū)回風(fēng)上山為工程基礎(chǔ)，研究如何優(yōu)化支護(hù)、施工組織，提高巷道單進(jìn)效率已成為現(xiàn)階段重點(diǎn)工作。

1 工程概況

白坪煤業(yè)22 采區(qū)回風(fēng)上山上段設(shè)計(jì)為直墻半圓拱斷面，凈寬6.2 m，凈高4.3 m，凈斷面22.5 m2，掘進(jìn)斷面24.4 m2，施工總長度844 m。其中，19°斜巷453 m，17°斜巷373 m，0°平巷車場18 m，計(jì)劃每月單進(jìn)90 m，施工周期為9.5 個月。巷道布置如圖1。

圖1 巷道平面布置圖

22 采區(qū)回風(fēng)上山上段沿L7灰?guī)r底板砂質(zhì)泥巖層掘進(jìn)，上距主采二1 煤層間距10～11 m，下鄰L6灰?guī)r層，掘進(jìn)期間除有局部滴淋水外，不具有異常含水區(qū)域，水文地質(zhì)類型為中等。頂?shù)装鍘r性及參數(shù)見表1。

表1 巷道頂?shù)装鍘r性參數(shù)

2 生產(chǎn)現(xiàn)狀

為提高礦井巖巷工作面單進(jìn)水平，引進(jìn)EBZ318 型綜掘機(jī)，替代原有的炮掘工藝，雖然技術(shù)先進(jìn)，但由于22 采區(qū)回風(fēng)上山上段巖層硬度系數(shù)大、設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)不暢、掘進(jìn)斷面不能滿足空間活動要求等多種因素，從而影響了綜掘效率。由于巷道巖石硬度大，對綜掘機(jī)截齒磨損消耗大，影響單進(jìn)效率。巷道受動壓影響，成型較差，為協(xié)調(diào)區(qū)域措施孔施工與巷道掘進(jìn)的相互關(guān)系，要定期施工巷幫鉆場，增加了工作量，因此，常規(guī)情況下每月綜掘進(jìn)尺維持在140～150 m 左右。

3 提高單進(jìn)效率優(yōu)化技術(shù)方案

對綜掘機(jī)投入使用后在實(shí)際生產(chǎn)各環(huán)節(jié)暴露問題進(jìn)行分析，制定詳細(xì)優(yōu)化方案，通過采取針對性管控措施，不斷提升掘進(jìn)效率。

3.1 施工環(huán)節(jié)組織優(yōu)化

22 采區(qū)回風(fēng)上山上段采用“三八制”組織人員施工，綜掘機(jī)每班截割完成后，對拱基線以上的頂幫施工錨網(wǎng)支護(hù)，兩幫部錨網(wǎng)可滯后正頭30 m施工，皮帶運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾可每12 m 一循環(huán)拉移一次，移動2～3 循環(huán)集中補(bǔ)打一次兩幫部錨桿，錨索施工可滯后正頭35～40 m。以此順序施工，既不影響正頭掘進(jìn)時(shí)間，形成正規(guī)連續(xù)的作業(yè)循環(huán)，又可以在后續(xù)工程施工中，多種補(bǔ)充措施實(shí)施平行作業(yè)，最大限度地利用好時(shí)間，完成后巷的成巷工作。優(yōu)化后的方案掘進(jìn)，每班可施工3～4 排，每排進(jìn)尺為0.8 m，日產(chǎn)單進(jìn)可達(dá)到7.2～9.6 m。按照沒有影響的情況下，每月計(jì)劃作業(yè)天數(shù)30 d，月進(jìn)尺至少可突破220 m。

3.2 鉆場施工優(yōu)化

為滿足災(zāi)害治理的工作需要，結(jié)合現(xiàn)有鉆孔施工的精度要求，巷道每掘進(jìn)60 m 需要在巷幫施工一個超前探鉆孔。原有設(shè)計(jì)為垂直巷幫方向開口施工矩形鉆場，長×寬×高為5 m×4.5 m×3.5 m，鉆場占用正頭掘進(jìn)時(shí)間5～6 班，且限制于鉆場形狀要求，只能采用炮掘方式，深部需要人工出矸，極大影響掘進(jìn)效率。為配合綜掘機(jī)的截割特點(diǎn)，發(fā)揮長搖臂的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，變更巷幫鉆場為斜切楔形的設(shè)計(jì)方式，如圖2 所示，改進(jìn)為邁步交替施工，以此最大限度地控制巷道兩側(cè)輪廓線外的煤層探查消突。區(qū)域允許掘進(jìn)每循環(huán)進(jìn)尺到位后，只需按照左右鉆場的設(shè)計(jì)要求，擺動截割搖臂對巷幫進(jìn)行破巖，以一定角度刷幫擴(kuò)大縱深，待鉆場深度到達(dá)設(shè)計(jì)位置后即可停止刷幫，出矸后即可恢復(fù)正頭掘進(jìn)，組織鉆機(jī)入場探查[3]。采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方案后，鉆場開口到完工只需三班時(shí)間，較原有方式施工鉆場，每月可提高單進(jìn)效率約30 m，極大降低了人工出矸的成本及勞動強(qiáng)度。

圖2 交替邁步式鉆場施工平面示意圖（m）

3.3 支護(hù)參數(shù)變更

為滿足巷道支護(hù)強(qiáng)度，在圍巖應(yīng)力較低、巷道成型較好的區(qū)段，將錨桿間排距由800 mm×800 mm 變更為間排距1000 mm×1000 mm，將錨桿托盤規(guī)格150 mm×150 mm 調(diào)整為250 mm×250 mm。增大錨桿間距同時(shí)，利用更大的托盤承受頂幫應(yīng)力，在托盤后背設(shè)的平焊金屬網(wǎng)上，增加鋪設(shè)一層塑鋼網(wǎng)，防止局部出現(xiàn)離層導(dǎo)致的漏冒性冒頂事故發(fā)生。在頂幫錨桿、錨索補(bǔ)打完成后，進(jìn)行噴漿加固，噴厚不超過30 mm。

3.4 鉆孔探查施工優(yōu)化

確定施工交替邁步式巷幫鉆場的方案后，設(shè)定每間隔60 m 在巷道左右兩側(cè)交替施工一個鉆場，用以施工區(qū)域措施鉆孔和地質(zhì)鉆孔的探查。鉆場施工的平面圖如圖3（a）所示，斷面圖如圖3（b）所示。為縮短施工工期，將原有設(shè)計(jì)的每循環(huán)5 個地質(zhì)探孔和3 個區(qū)域鉆孔進(jìn)行優(yōu)化合并，地質(zhì)探煤鉆孔調(diào)整角度和孔深，見煤后兼做瓦斯取樣孔進(jìn)行區(qū)域驗(yàn)證，以此減少了鉆孔孔數(shù)和工程量，每循環(huán)只需施工4 個鉆孔，打鉆工期由8 班縮減到3～4 班。為協(xié)調(diào)好打鉆施工與巷道掘進(jìn)的平行作業(yè)，每循環(huán)鉆孔評價(jià)超前可掘進(jìn)距離為80 m，預(yù)留鉆場前20 m 可供平行施工需要。因此，基本消除每月因打鉆等因素造成的時(shí)間影響。

圖3 鉆場施工平面、斷面圖（m）

3.5 優(yōu)化運(yùn)輸系統(tǒng)

由于22 回風(fēng)上山上段為斜巷掘進(jìn)，將多部膠帶運(yùn)輸機(jī)與綜掘機(jī)二運(yùn)皮帶和轉(zhuǎn)載機(jī)溜子相連，形成完整的可連續(xù)作業(yè)的運(yùn)輸系統(tǒng)，且皮帶尾終端的矸石全部進(jìn)入矸石倉，形成煤矸分裝分運(yùn)，獨(dú)立的運(yùn)輸系統(tǒng)減少了對正常煤巷掘進(jìn)以及采煤工作面出煤的影響，極大提升出矸效率。

3.6 優(yōu)化設(shè)備維護(hù)巡檢制度

1）強(qiáng)化綜掘機(jī)檢修管理。對綜掘機(jī)需要日常檢修的重點(diǎn)部位以及可能導(dǎo)致故障的隱患點(diǎn)制定詳細(xì)的排查清單，利用每天早班和中班的交接班時(shí)間，對設(shè)備軸承和旋轉(zhuǎn)部位進(jìn)行注油潤滑；對截割炮頭的截齒、齒座進(jìn)行檢查更換；檢查油箱油位、油質(zhì)是否足量清晰，油管有無破口，連接閥組有無漏油；饋電開關(guān)是否供電正常，電纜有無老化，絕緣阻值是否正常等，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決處理。

2）加強(qiáng)皮帶運(yùn)輸機(jī)管理。制定皮帶運(yùn)輸機(jī)的定期巡檢制度，確保皮帶在靜態(tài)下和運(yùn)輸動態(tài)下的持續(xù)檢查，明確皮帶司機(jī)的各崗位職責(zé)，確保皮帶各類保護(hù)的完好有效，一旦發(fā)生突發(fā)事故能夠及時(shí)起到保護(hù)作用。

3）加強(qiáng)人員培訓(xùn)。除了日常設(shè)備檢修維護(hù)到位以外，還要強(qiáng)化檢修人員的業(yè)務(wù)能力培訓(xùn)，力求在出現(xiàn)設(shè)備故障時(shí)能夠快速判斷原因，恢復(fù)設(shè)備功能運(yùn)轉(zhuǎn)，減少對掘進(jìn)時(shí)間的影響。

4 應(yīng)用效果

1）經(jīng)濟(jì)效益。通過綜掘機(jī)掘進(jìn)工藝的技術(shù)改革，將單月進(jìn)尺由150 m 提升到240 m，將施工周期縮短兩個月。經(jīng)過支護(hù)方式的改變，節(jié)省了錨桿、錨索等材料的投入，累計(jì)節(jié)約材料費(fèi)用147.8 萬元。由于提前兩月完成施工，按照單月人工工資67.4 萬元計(jì)算，可降低人工成本投入134.8 萬元。由此，綜合成本可節(jié)約至少282.6 萬元。

2）安全效益。經(jīng)過鉆場施工的方案設(shè)計(jì)優(yōu)化，提高綜掘機(jī)的機(jī)械化效率，降低放炮施工鉆場的安全風(fēng)險(xiǎn)。炮掘方式施工大斷面鉆場，不僅需要增加人工出矸的工作量，增大職工勞動強(qiáng)度，還存在空頂下作業(yè)的冒頂傷人風(fēng)險(xiǎn)，且炮后碎矸石下的埋壓影響，也導(dǎo)致人員無法有效檢查殘藥和雷管的爆破效果，在清理矸石過程中可能存在人工誤操作引爆雷管的風(fēng)險(xiǎn)。優(yōu)化方案后，全程采用綜掘機(jī)截割操作，避免上述安全風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)論

1）通過優(yōu)化綜掘機(jī)施工工藝，實(shí)現(xiàn)巷道掘進(jìn)與超前探鉆孔的平行作業(yè)，提升巷道的單產(chǎn)單進(jìn)水平，縮短施工竣工周期。

2）優(yōu)化生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)，減少過多的人工投入，降低職工勞動強(qiáng)度和安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，確保施工作業(yè)的安全環(huán)境。

3）優(yōu)化錨網(wǎng)索施工參數(shù)，減少材料的成本投入，因頂幫錨網(wǎng)索施工工程量減少，間接爭取了更多的有效掘進(jìn)時(shí)間，提升綜掘效率。