胡加振

（河南省許昌新龍礦業(yè)有限責(zé)任公司梁北煤礦，河南 許昌 461000）

隨著各種采掘設(shè)備在煤礦生產(chǎn)建設(shè)過程中被大量投入使用，機(jī)械化設(shè)備的投入要求井巷工程斷面不斷加大，同時(shí)開采效率的不斷提升又要求必須加快井巷工程的掘進(jìn)速度。目前采煤及煤巷掘進(jìn)效率已取得較大發(fā)展和提升，但巖巷掘進(jìn)裝備水平及掘進(jìn)效率和速度相對(duì)較低，巖巷掘進(jìn)在很多礦井已經(jīng)成為制約礦井生產(chǎn)能力的一項(xiàng)重要因素[1-2]。對(duì)巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)的研究及應(yīng)用推廣將有效緩解礦井接替緊張局面，對(duì)提升礦井生產(chǎn)能力具有重要意義?；诖耍粤罕泵旱V21091 中底抽巷為工程背景，提出機(jī)掘法巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)并進(jìn)行工程實(shí)踐，取得了良好效果。

1 工程概況

梁北煤礦礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力2.40 Mt/a，屬于煤與瓦斯突出礦井。21091 中巷底抽巷位于該礦21 采區(qū)東翼，北部為21071 機(jī)巷底抽巷，南部為設(shè)計(jì)的21091 機(jī)巷底抽巷，對(duì)21091 中巷底抽巷掘進(jìn)無影響。21091 中底抽巷巷道設(shè)計(jì)長度1 382 m，設(shè)計(jì)標(biāo)高-709.34～-748.1 m，巷道布置在太原組上段巖層（L7～L9）內(nèi)，巖層賦存較為穩(wěn)定，掘進(jìn)過程中所穿層位從下向上主要揭露的標(biāo)志性巖層巖性依次為：

1）砂質(zhì)泥巖厚度為7.24 m，深灰色，含炭質(zhì)及植物化石碎片。頂板與L8灰?guī)r接合處有一16 煤線，厚0.05～0.2 m。一16 煤線下方2.1～2.4 m 為一15煤線，厚約0.1～0.25 m。

2）L8灰?guī)r厚度為4.12 m，淺灰色，致密堅(jiān)硬，含少量方解石脈，滴鹽酸劇烈冒泡。

3）砂質(zhì)泥巖厚度為0.9 m，深灰色，含炭質(zhì)及植物化石碎片。

4）一17 煤線厚0.1～0.25 m。

21091 中底抽巷巷道斷面設(shè)計(jì)為直墻三心拱形全巖斷面，巷道斷面尺寸為凈寬4.8 m、凈高4.0 m，掘進(jìn)斷面18.11 m2。該巷道主要用于抽采工作面瓦斯掩護(hù)21091 工作面掘進(jìn)、回采及用于21091 工作面進(jìn)行底板加固作業(yè)。梁北煤礦原巖巷掘進(jìn)采用“鉆爆法”掘進(jìn)施工工藝，即使用YT28 風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)打眼、爆破落巖、挖裝機(jī)裝巖配合刮板運(yùn)輸機(jī)和皮帶將巖石運(yùn)出的作業(yè)方式，月進(jìn)尺60 m左右，掘進(jìn)速度較慢，不能滿足礦井采掘接替生產(chǎn)需要。

2 巖巷快速掘進(jìn)主要制約因素分析

2.1 地質(zhì)條件因素影響

巷道圍巖性質(zhì)對(duì)巖巷快速掘進(jìn)制約影響較大。21091 中底抽巷布置在太原組上段巖層（L7～L9）內(nèi)，巖性多為砂巖，巖石普氏硬度系數(shù)7～8，即巖石的單向極限抗壓強(qiáng)度值為70～80 MPa。礦井原采用的EBZ-160 型掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)作業(yè)切割巖石的最大抗壓強(qiáng)度為70 MPa，因此當(dāng)遇到巖石普氏硬度系數(shù)大于7 時(shí)，該掘進(jìn)機(jī)將會(huì)處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，不僅會(huì)增加掘進(jìn)機(jī)截割部的截齒損耗程度和設(shè)備的損壞頻率，增加設(shè)備的維護(hù)和使用成本，而且大幅度降低截割運(yùn)行速度，造成掘進(jìn)效率低。

2.2 掘進(jìn)裝備因素影響

巖巷掘進(jìn)作業(yè)工序主要分為 “破- 裝- 運(yùn)-支”四個(gè)步驟，這四個(gè)工序環(huán)節(jié)都需要使用機(jī)械設(shè)備，傳統(tǒng)的鉆爆法機(jī)械化作業(yè)線采用設(shè)備是氣腿式鑿巖機(jī)+ 裝巖機(jī)+ 刮板輸送機(jī)，在實(shí)際掘進(jìn)作業(yè)過程中，由于運(yùn)輸線路長、運(yùn)輸環(huán)節(jié)多需要多部運(yùn)輸設(shè)備配合進(jìn)行，當(dāng)其中一臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)將會(huì)影響整個(gè)工作面掘進(jìn)作業(yè)，對(duì)巷道快速掘進(jìn)速度起著較大制約作用[3-4]。

2.3 作業(yè)環(huán)境因素影響

巖巷掘進(jìn)作業(yè)期間爆破及使用掘進(jìn)機(jī)截割作業(yè)時(shí)容易產(chǎn)生大量巖塵，相比煤巷掘進(jìn)產(chǎn)生的煤塵，巖塵的危害性更大[5-6]。作業(yè)期間產(chǎn)生出的大量巖塵不僅增加機(jī)械設(shè)備磨損，而且造成作業(yè)環(huán)境惡化，使巷道內(nèi)的能見度大幅度降低，影響工人的視線，降低了作業(yè)效率，同時(shí)對(duì)人員的身體健康也帶來了極大危害。

3 快速掘進(jìn)技術(shù)優(yōu)化

3.1 巖巷掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)線優(yōu)化

為解決原巖巷掘進(jìn)采用氣腿式鑿巖機(jī)+ 裝巖機(jī)+ 多部刮板輸送機(jī)機(jī)械化作業(yè)線存在設(shè)備故障率高、效率低的問題，在21091 中底抽巷掘進(jìn)時(shí)配置了EBZ318 懸臂式綜掘機(jī)、橋式轉(zhuǎn)載機(jī)和可伸縮式帶式輸送機(jī)（設(shè)備布置如圖1 所示）。EBZ318 型懸臂式綜掘機(jī)截割強(qiáng)度最大可達(dá)到130 MPa，可滿足普氏硬度系數(shù)f＜10 的巖層截割需求，在21091 中底抽巷掘進(jìn)過程中可直接用于截割巖石，解決鉆爆法打眼爆破時(shí)間長、工序多、安全性低的問題，同時(shí)也減少人員投入，大大提高了掘進(jìn)工效和掘進(jìn)速度。

圖1 21091 掘進(jìn)工作面設(shè)備布置

橋式膠帶輸送機(jī)+ 可伸縮式帶式輸送機(jī)的配套使用能夠保證在巷道向前掘進(jìn)過程中隨著巷道的延長只需延伸帶式輸送機(jī)長度即可，解決了原每掘進(jìn)50 m 需增加一部刮板輸送機(jī)問題，減少巷道內(nèi)布置設(shè)備的數(shù)量，且?guī)捷斔蜋C(jī)易于檢修維護(hù)，設(shè)備故障率低、運(yùn)行效率高。

3.2 支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化

根據(jù)巷道掘進(jìn)過程中揭露的圍巖性質(zhì)及巷道頂幫情況，采取差異化支護(hù)方式進(jìn)行支護(hù)作業(yè)。

21091 中巷底抽巷采用錨網(wǎng)+錨索支護(hù)，巷道頂部一16 煤線以上設(shè)計(jì)布置10 根錨桿，選用φ22 mm×2 200 mm 左旋無縱筋螺紋鋼普強(qiáng)錨桿； 幫部一16 煤線以下選用φ22 mm×2 600 mm 右旋螺紋鋼等強(qiáng)錨桿。巷道兩幫各布置3 根，錨桿間排距800 mm×1 000 mm（當(dāng)頂板破碎時(shí)，錨桿間排距調(diào)整為800 mm×800 mm）；每根錨桿使用MSK2550和MSZ2550 型樹脂藥卷各1 支進(jìn)行錨固； 托盤規(guī)格140 mm×140 mm×10 mm；φ5.8 mm 鋼筋網(wǎng)，規(guī)格1 000 mm×2 000 mm，全斷面掛網(wǎng)；頂部使用鋼筋梯子梁，鋼筋梯子梁使用φ12 mm 圓鋼加工,沿巷道斷面橫向布置。錨索選用φ21.6 mm×8 000 mm 鋼絞線，錨索按“2-1-2”五花布置，‘2’和‘1’排距為2 000 mm,‘2’和‘2’間距為4 000 mm（當(dāng)頂板破碎時(shí)，錨索間排距調(diào)整為1 600 mm×1 600 mm）；托盤規(guī)格300 mm×300 mm×20 mm；每根錨索使用1 支MSK2550 和3 支MSZ2550 型樹脂藥卷進(jìn)行端頭錨固。巷道支護(hù)設(shè)計(jì)如圖2 所示。

圖2 21091 中底抽巷巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

3.3 作業(yè)環(huán)境優(yōu)化

為降低掘進(jìn)作業(yè)期間產(chǎn)生的巖塵，改善作業(yè)環(huán)境，在21091 中底抽巷掘進(jìn)工作面安裝一套KCG-500D 型干式除塵設(shè)備，除塵用抽出式風(fēng)機(jī)和工作面掘進(jìn)用壓入式風(fēng)機(jī)均選用功率為2×45 kW通風(fēng)機(jī)。兩套風(fēng)機(jī)風(fēng)筒采用長壓短抽方式布置，即將除塵用抽出式風(fēng)機(jī)風(fēng)筒安裝在距掘進(jìn)工作面迎頭不大于3 m 位置，壓入式通風(fēng)機(jī)風(fēng)筒布置在距迎頭10～15 m 位置（除塵器布置如圖3 所示）。當(dāng)除塵器開啟后，其配套的抽出式通風(fēng)機(jī)在迎頭形成負(fù)壓，將工作面迎頭產(chǎn)生的粉塵抽入到除塵器內(nèi)進(jìn)行除塵處理。21091 工作面安裝除塵器后，巷道掘進(jìn)作業(yè)期間經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果顯示總除塵效率達(dá)到90%以上，大大降低了巷道掘進(jìn)作業(yè)期間粉塵濃度，不僅減少粉塵對(duì)職工身體健康的危害，同時(shí)也提高了作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)能見度，改善現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境，為巷道快速掘進(jìn)創(chuàng)造了有利條件。

圖3 21091 中底抽巷除塵器安裝布置

3.4 優(yōu)化生產(chǎn)組織

（1）加強(qiáng)作業(yè)人員培訓(xùn)，提升人員素質(zhì)。新技術(shù)掌握往往靠一線職工，職工素質(zhì)直接制約著技術(shù)的應(yīng)用情況，甚至有些時(shí)候人員素質(zhì)及主觀能動(dòng)性比技術(shù)更重要，是快速掘進(jìn)能否成功的一大關(guān)鍵。因此，要安排設(shè)備廠家和專業(yè)技術(shù)人員對(duì)職工進(jìn)行新設(shè)備和新工藝的理論學(xué)習(xí)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操培訓(xùn)，使工人能夠熟練掌握設(shè)備的使用維護(hù)和操作工藝流程。

（2）優(yōu)化施工組織和管理。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況，將原來“三八”制作業(yè)方式調(diào)整為“滾班”制作業(yè)，即細(xì)化分工，以工序做考核，各種技術(shù)工人以完成相應(yīng)工序?yàn)槟繕?biāo)，將原來的工作時(shí)間考核轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ髁靠己?，激發(fā)職工積極性。例如以前按照正規(guī)循環(huán)作業(yè)圖表施工，不論當(dāng)班接班時(shí)是何種工序?qū)⒗^續(xù)施工，工作八小時(shí)有人來接班，往往工作效率低下。滾班制是將整個(gè)掘進(jìn)過程劃分成四個(gè)重要工序，截割裝矸、排矸、錨桿施工、噴漿，作業(yè)人員根據(jù)個(gè)人技能所長重新分配進(jìn)入相應(yīng)工序小組內(nèi)，四個(gè)工序小組按照計(jì)劃進(jìn)行作業(yè)，工作小組作業(yè)快的可提早收工、作業(yè)慢點(diǎn)就延后收工，原則上不再受施工時(shí)間限制。

4 應(yīng)用效果分析

21091 中底抽巷通過采取提升機(jī)械化作業(yè)裝備水平、優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)、改善作業(yè)環(huán)境及優(yōu)化施工組織管理等措施，該掘進(jìn)工作面月平均進(jìn)尺由原來“鉆爆法”作業(yè)方式的60 m 提升到220 m 左右，作業(yè)人員比原作業(yè)方式減少4 人/ 班，掘進(jìn)單進(jìn)水平和掘進(jìn)效率得到大幅度提升。采用優(yōu)化后的錨網(wǎng)支護(hù)工藝后，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)巷道礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在觀測(cè)時(shí)間內(nèi)，巷道頂?shù)装逡平孔畲鬄?08.3 mm，幫部位移量最大為82.4 mm，巷道圍巖變形量較小，巷道支護(hù)效果良好。同時(shí)，21091中底抽巷掘進(jìn)速度的大幅度提高，使工作面貫通和回采時(shí)間提前將近5 個(gè)月，有效緩解礦井接續(xù)緊張局面。

5 結(jié)語

梁北煤礦在21091 中底抽巷巖巷掘進(jìn)工作面采用EBZ318 懸臂式綜掘機(jī)+ 橋式轉(zhuǎn)載機(jī)+ 帶式輸送機(jī)+ 干式除塵器的綜合機(jī)械化作業(yè)線進(jìn)行巷道掘進(jìn)作業(yè)，解決巖石硬度大、設(shè)備故障率高等問題。同時(shí)根據(jù)地質(zhì)條件采取巷道差異化支護(hù)，并通過優(yōu)化作業(yè)環(huán)境和施工組織等綜合技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)18 m2大斷面巖巷硬巖巷道快速掘進(jìn)，使巷道平均月進(jìn)尺達(dá)到220 m。該技術(shù)的成功應(yīng)用，有效緩解礦井接續(xù)緊張局面，為類似條件礦井巖巷快速掘進(jìn)提供了技術(shù)參考，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。