白 楊

（陽泉煤業(yè)集團(tuán)和順新大地煤業(yè)有限公司， 山西 晉中 032700）

引言

隨著煤炭產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，巖巷掘進(jìn)速度緩慢仍然是制約高效產(chǎn)煤的一項(xiàng)重大因素。影響掘進(jìn)速度的首要因素為支護(hù)。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在掘進(jìn)循環(huán)系統(tǒng)中，支護(hù)進(jìn)程占總進(jìn)程的比例介于50%～60%之間[1]。選擇合理的支護(hù)形式即為關(guān)鍵因素。其次，影響高速掘進(jìn)進(jìn)程的因素還包括施工工藝不準(zhǔn)確以及無針對性、現(xiàn)有設(shè)備應(yīng)用機(jī)械化程度不高等制約因素。在進(jìn)行鉆眼爆破進(jìn)程中，需要首先確定爆破的參數(shù)、炮眼的布置等施工工藝，如若能對爆破機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)的研究，則能避免由于爆破不恰當(dāng)所引起的施工進(jìn)程緩慢以及施工不安全等問題的產(chǎn)生[2-3]。除此之外，可對現(xiàn)有設(shè)備的組合進(jìn)行優(yōu)化來進(jìn)一步達(dá)到高效的目的與要求。因此，要想提高整體掘進(jìn)速度，任何一個環(huán)節(jié)都要保持高效，如何能夠更好地優(yōu)化掘進(jìn)進(jìn)程的施工工藝尤為重要。

1 工程概況

本文以某煤礦-850 m 水平巷道為應(yīng)用對象，據(jù)三維地震資料以及-600 m 巷道的相關(guān)資料，該巷道存在三個斷層，其編號分別是F11、10DF5、10DF9。其中F11 傾角為50°，落差為21 m；10DF5 傾角為40°～50°，落差為7～12 m；10DF9 傾角為50°～65°，落差為5～12 m。除此之外，在施工過程中還存在其他地質(zhì)構(gòu)造的隱患。在煤層底板12-1，該巷道的巖性分布層厚如圖1 所示。

圖1 數(shù)據(jù)表明，該巷道的層厚主要集中于灰色中砂巖，最大層厚可達(dá)33.16 m。該層厚中成分排序依次為灰?guī)r、燧燧石、暗色巖屑，層面具有炭質(zhì)膜。經(jīng)過對巖石進(jìn)行微觀以及X 射線衍射表征得出：該巖石結(jié)構(gòu)密實(shí)，裂縫較少；巖石相對穩(wěn)定，無膨脹性，不包含單一的蒙脫石；高嶺石為泥巖的重要組成部分，含量大約占比為39%，并不會由于過于吸水軟化所導(dǎo)致的吸水膨脹。

圖1 巷道煤層底板12-1 的巖層層厚

盡管某煤礦已進(jìn)行了機(jī)械化作業(yè)，但施工工藝以及機(jī)械設(shè)備配套組合不完善仍是制約其高效高速掘進(jìn)的主要因素。

2 巖巷掘進(jìn)工藝研究及關(guān)鍵技術(shù)

巖巷掘進(jìn)施工工藝主要包括支護(hù)、鉆眼爆破、綜合配套設(shè)備的選擇三大方面。

2.1 支護(hù)

錨噴支護(hù)為目前廣泛應(yīng)用的支護(hù)材料[4]，其主要是在掘進(jìn)過程中，對圍巖所鑿孔并在孔周插入錨桿達(dá)到人工加固的作用。同時，它需要依托圍巖自身的支撐力來保證巷道的安全性。除此之外，通過圍巖錨固后，再加固一層噴混凝土技術(shù)將更加牢固。多采用噴護(hù)等級為C15-C20 的噴混凝土技術(shù)。而普通支護(hù)的材料還包括木支架、金屬支架以及鋼筋混凝土支架。

本文涉及選擇錨噴支護(hù)，其關(guān)鍵技術(shù)包括選擇錨桿支護(hù)的相關(guān)參數(shù)以及支護(hù)的設(shè)計(jì)。關(guān)于確定錨桿支護(hù)的相關(guān)參數(shù)核心思想為加大錨桿的長度以及其各桿之間的排布間距。錨桿材質(zhì)選擇價(jià)格低廉、性能強(qiáng)度優(yōu)異的20MnSi 螺紋鋼；選擇直徑較大的錨桿桿體；錨桿的長度以及錨桿的間距排布則需要相關(guān)的公式進(jìn)行計(jì)算可得。支護(hù)的設(shè)計(jì)要求：當(dāng)處于頂板位置的圍巖較為穩(wěn)定時，可稍提高錨桿排布間距，但尾部外露小于等于50 mm，其桿與巷道夾角小于75°。；若不穩(wěn)定時，間距排布可減?。诲^桿眼的順序先于掘進(jìn)眼；采用自然陶粒作為噴射混凝土漿料。

2.2 鉆眼爆破

鉆眼爆破的核心為鉆眼工具的選擇以及爆破技術(shù)的確定。鉆眼工具：氣褪式風(fēng)鉆，鉆鑿炮眼方向?yàn)樗胶蛢A斜；環(huán)形手持風(fēng)鉆，鉆鑿炮眼方向?yàn)橄蛳禄騼A斜垂直；向上式風(fēng)鉆，鉆鑿炮眼方向?yàn)橄蛏匣蚵孕贝怪?。爆破技術(shù)確定即包括：優(yōu)化爆破參數(shù)、炮眼排列方式、輪廓控制措施以及安全施工等問題。

對于直眼掏槽要求具有嚴(yán)格的施工工藝，本文通過對裂隙的巖體進(jìn)行爆破機(jī)理研究得出以下結(jié)論：

1）爆生裂紋先偏移原方向一部分再向節(jié)理面進(jìn)行延伸，這主要是由于初始爆炸裂紋、節(jié)理與炮孔的距離以及節(jié)理自身間的夾角有關(guān)；

2）布爆孔應(yīng)盡量選擇規(guī)避弱面發(fā)育區(qū)，起爆方式采用反向。

2.3 綜合配套設(shè)備的選擇

根據(jù)巷道特點(diǎn)，包括圍巖以及支護(hù)，因地制宜采用液壓鉆車組合側(cè)卸裝巖機(jī)設(shè)備。該技術(shù)的優(yōu)勢如下：

1）提高機(jī)械化程度，加快了鑿巖及裝巖的速度；

2）減低勞動程度，利用液壓鉆車來制造錨桿眼和炮眼；

3）改善施工環(huán)境，加大安全性，施工過程中噪音小、無廢氣以及低粉塵。

3 工程應(yīng)用

通過第二部分介紹了掘進(jìn)施工工藝的優(yōu)化以及關(guān)鍵技術(shù)的介紹，本部分對某煤礦-850 m 水平巷道的掘進(jìn)應(yīng)用以及應(yīng)用效果進(jìn)行介紹。

該巷道為-850 m 水平東翼軌道，直墻半圓拱的斷面形狀。其中，巷道規(guī)格：4.8 m×3.4 m；掘進(jìn)面積：16.334 m2；斷面5.1 m×3.75 m。錨噴作為巷道支護(hù)設(shè)計(jì)：初噴厚度為30 mm，對于圍巖的完整部分，錨桿之間的距離設(shè)計(jì)為1 000 mm；對于裂隙發(fā)育部分，錨桿之間的距離設(shè)計(jì)為800 mm。

噴漿材料選擇自然陶粒土，該新型材料提高了18%的噴層強(qiáng)度以及22%的噴漿工作效率，節(jié)省水泥含量30%～50%，降低材料成本12%～20%；降低粉塵濃度45%；降低游離的SiO2濃度55%。

在研究了爆破機(jī)理得出，分析優(yōu)化得出炮眼的布置并取得了良好的爆破效果，其爆破效率為85%～90%。

采用液壓鉆車組合側(cè)卸裝巖機(jī)設(shè)備，其中液壓鉆車用于鑿巖的壓力高于風(fēng)動鑿巖機(jī)，不僅加大了沖擊力，而且加快了沖擊頻率，該鉆進(jìn)速度為0.8～2.0 m/min,其鑿孔速度以及打孔效率為風(fēng)動鑿巖機(jī)的兩倍之上。且加上側(cè)卸裝巖機(jī)作為綜合配套設(shè)備技術(shù)，與采用炮掘、風(fēng)動鑿巖機(jī)、耙斗裝巖機(jī)施工技術(shù)相比，施工效率提高到43.14%。

4 結(jié)語

目前，采煤技術(shù)與采煤方法日新月異，發(fā)展勢頭日漸快速，而掘巖速度卻相對較為緩慢。如何將采掘接續(xù)，是提高整個產(chǎn)煤效率的重中之重。高效的掘進(jìn)速度取決于掘進(jìn)施工工藝的優(yōu)化，本文以某煤礦-850 m 水平巷道為應(yīng)用對象主要介紹了支護(hù)、鉆眼爆破、綜合配套設(shè)備的選擇三個大方面來提升巖巷掘進(jìn)施工工藝。支護(hù)形式選擇了錨噴支護(hù)，核心關(guān)鍵在于錨桿間的排布間距，對于圍巖的完整部分，錨桿之間的距離設(shè)計(jì)為1 000 mm；對于裂隙發(fā)育部分，錨桿之間的距離設(shè)計(jì)為800 mm，且采用自然陶粒土為噴漿材料。鉆眼爆破通過研究爆破工作機(jī)理，爆破效率提高為85%～90%；采用液壓鉆車組合側(cè)卸裝巖機(jī)設(shè)備，不僅加快了鉆進(jìn)速度，而且確保施工環(huán)境安全，噪聲小，污染低，該項(xiàng)也為本文研究的亮點(diǎn)工作之一，施工效率較傳統(tǒng)提高43.14%。該項(xiàng)研究對其他煤礦生產(chǎn)也有著較好的指導(dǎo)意義與參考價(jià)值。