孟 元

（中國(guó)高嶺土有限公司，江蘇 蘇州 215151）

隨著社會(huì)進(jìn)步和發(fā)展，人力成本已成為勞動(dòng)密集型企業(yè)成本的主要構(gòu)成部分，而且作為典型的艱苦、高危行業(yè)，井下一線工人招工越來(lái)越難。中國(guó)高嶺土有限公司觀山礦當(dāng)前井下務(wù)工人員主要為50歲左右的中年人，40歲以下的年輕人一般不會(huì)從事井下一線勞動(dòng)，未來(lái)隨著當(dāng)前井下勞動(dòng)主力的50歲左右人員逐漸進(jìn)入退休年齡，企業(yè)將面臨無(wú)人可用的尷尬局面[1]。因此，提高機(jī)械化水平，以設(shè)備換人將成為地下礦山可預(yù)見未來(lái)不得不采取的對(duì)策；現(xiàn)階段礦山巷道掘進(jìn)主要采用人工風(fēng)鎬掘進(jìn)和鉆眼爆破掘進(jìn)兩種方式，機(jī)械化程度較低，為解決可能制約礦山長(zhǎng)期穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展的上述問(wèn)題，提出引進(jìn)安全性更好、機(jī)械化程度更高的礦山巷道掘進(jìn)施工工藝，提高機(jī)械化采礦水平，實(shí)現(xiàn)采礦技術(shù)的升級(jí)換代[3]。依據(jù)礦山安全事故資料統(tǒng)計(jì)，頂板死亡事故占總安全事故量的一半，而在礦山掘進(jìn)切割過(guò)程中巷道空頂區(qū)垮塌、冒頂事故占頂板死亡事故大約三分之一，在礦山生產(chǎn)總安全事故中具有很大的占比[4]。其主要原因是掘進(jìn)過(guò)程中巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)比較復(fù)雜，如果不采取有效的施工工藝，很容易出現(xiàn)頂板冒落、垮塌、幫部脫落等現(xiàn)象。而在破碎松軟地層的礦山巷道中，此類現(xiàn)象更容易發(fā)生，因此對(duì)礦山巷道掘進(jìn)施工工藝進(jìn)行研究。

1 礦山巷道掘進(jìn)施工工藝設(shè)計(jì)

1.1 爆破掘進(jìn)施工工藝

在進(jìn)行礦山巷道掘進(jìn)施工過(guò)程中，對(duì)巷道掘進(jìn)爆破位置進(jìn)行設(shè)計(jì)，爆破位置的布置與爆破效果的好壞對(duì)總體的爆破相當(dāng)重要[5]。爆破位置總體裝藥量在2公斤/立方米左右。進(jìn)行掏槽眼的布置，掏槽眼的深度比其他炮眼要深15～20公分。楔形掏槽眼間距為20～60公分，根據(jù)巖石的硬度調(diào)整，眼底必須保持距離為10～20公分，一般布置三對(duì)掏槽眼。中心眼不裝藥。掏槽眼的裝藥系數(shù)通常為0.65～0.7，如果巖石堅(jiān)硬可增加掏槽眼的裝藥系數(shù)到0.8。在巖石節(jié)理裂隙發(fā)育時(shí)，孔距應(yīng)更小些，以提高爆破質(zhì)量效果。爆破位置形成輪廓線的距離是周邊眼間距的1.25倍。底眼的間距取小值。周邊眼的裝藥系數(shù)根據(jù)孔距和巖石硬度綜合考慮，取0.5左右。輔助眼的間距為40～60公分，輔助眼要按照設(shè)計(jì)的數(shù)目，均勻地分布在掏槽眼和周邊眼之間。輔助眼的裝藥系數(shù)取0.50～0.55，根據(jù)巖石的硬度選擇。根據(jù)礦山巷道上爆破位置的分布，對(duì)容易發(fā)生坍塌的位置進(jìn)行巷道支護(hù)處理。

1.2 對(duì)爆破后礦山巷道進(jìn)行支護(hù)處理

根據(jù)對(duì)礦山巷道掘進(jìn)爆破位置的布置情況，適當(dāng)選擇破碎松軟位置進(jìn)行礦山支護(hù)，若一般礦山巷道巖性完好，可不支護(hù)，但要處理好浮石；如果巖石稍有破碎，可適當(dāng)布置錨桿和進(jìn)行噴漿，噴漿厚度通常25～50mm；如果巖石破碎較嚴(yán)重，采用料石（不砌底拱）支護(hù)或金屬支護(hù)；軟巖采用料石帶底拱支護(hù)或金屬支護(hù)。軟巖施工要準(zhǔn)備好電煤鉆及相應(yīng)的鉆頭和鉆桿、電源、錨桿、風(fēng)鉆，硬質(zhì)巖石用風(fēng)鉆及相應(yīng)的鉆頭和鉆桿、風(fēng)源，錨桿推進(jìn)的連接件。用鉆進(jìn)機(jī)具（軟巖使用電煤鉆，無(wú)法用電煤鉆時(shí)用風(fēng)鉆）進(jìn)行鉆孔時(shí)，要與巖面垂直，鉆進(jìn)深度稍長(zhǎng)于錨桿深度就可以，然后，用風(fēng)鉆將錨桿頂進(jìn)孔內(nèi)，錨桿的托板貼緊巖面，如圖1所示。

圖1 爆破后礦山巷道支護(hù)

根據(jù)技術(shù)人員要求對(duì)錨桿網(wǎng)度進(jìn)行布置。操作前要敲幫問(wèn)頂，防止松散、脫落石塊傷人。認(rèn)真觀察斷裂面的情況，操作人員所站立位置要選擇在安全可靠的地方，注意施工中機(jī)具振動(dòng)產(chǎn)生的巖石脫落傷人，鉆眼要與巖面垂直才能產(chǎn)生錨固效果。噴漿機(jī)的風(fēng)、電、水源，噴漿機(jī)及其管、槍，通風(fēng)設(shè)施，人員防護(hù)口罩、眼鏡等，按比例配好的混凝土干料。先處理好頂幫浮石，并用高壓水槍進(jìn)行沖洗巖壁。水灰比、混合比要符合作業(yè)規(guī)程要求。開機(jī)前要檢查壓力表上的風(fēng)水壓力，盡可能保持水壓大于風(fēng)壓。操作時(shí)戴好口罩，掌握好噴嘴到工作面的距離，噴砼為0.8～1.2米，噴漿為1.2～1.5米。為減少回彈，盡可能與巖面保持較大角度，堅(jiān)持先送風(fēng)后送水，停歇時(shí)先停水后停風(fēng)。噴射順序是由近到遠(yuǎn)，先幫后頂。將水量調(diào)到噴出的混凝土不會(huì)太稀而流淌為此，均勻地噴到斷面上，同時(shí)，對(duì)凹陷面給予填平。噴漿前將巷道進(jìn)行清理，安裝好局扇，加強(qiáng)通風(fēng)，減少職業(yè)危害，盡可能將回彈料控制在最小范圍內(nèi)，噴頭膠管不能彎曲過(guò)度，噴射結(jié)束時(shí)要用壓氣清洗管路和清掃設(shè)備。準(zhǔn)備好支護(hù)需用的料石、混凝土、碹架、碹條、工具。如果不是扶臨時(shí)棚，則按技術(shù)人員掛好的中線，量好到墻邊線的距離開挖墻基礎(chǔ)。如果巖性較松散就開挖一邊護(hù)好幫后砌墻，如果巖性較好，可以二面同時(shí)開挖，但必須確保兩幫不塌方，必要時(shí)要加固兩幫。墻深一般有兩種類型，軟巖帶底拱的為1.9米，無(wú)壓力的破碎巖石，不發(fā)底拱的其墻深為1.7米。墻的厚度按要求砌成，墻面要平整，砂漿要充足；墻砌好以后，用碎石或泥土進(jìn)行填實(shí)兩幫；然后，將頂板處理好，固定好碹架，放好碹條后從兩側(cè)向中間進(jìn)行支護(hù)。當(dāng)發(fā)碹進(jìn)行到中間部位料石無(wú)法正常擺設(shè)時(shí)，需利用鎯頭之類工具，根據(jù)接口尺寸大小現(xiàn)場(chǎng)加工料石，并用石片將夾角塞牢，然后充填砂漿，從外向里逐一擺放，碹條相應(yīng)從外向里推進(jìn)。碹頂要充填，不得空頂。對(duì)爆破后礦山巷道布置錨桿噴漿支護(hù)后，根據(jù)錨桿的支撐點(diǎn)，在支護(hù)礦山巷道中進(jìn)行掘進(jìn)扶棚施工。

1.3 懸臂式掘進(jìn)機(jī)配套單體錨桿鉆機(jī)掘進(jìn)施工工藝

破碎松軟地層礦山巷道屬于軟巖巷道。軟巖的特征為強(qiáng)度相對(duì)較低、單軸抗壓強(qiáng)度小于 25MPa、膠結(jié)程度差、孔隙大、受風(fēng)化和構(gòu)造面、裂隙切割影響顯著。

采用的懸臂式掘進(jìn)機(jī)配套單體錨桿鉆機(jī)的掘進(jìn)工藝，其施工流程為：掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn) 1～2 個(gè)錨桿排距；掘進(jìn)機(jī)后退或退出；錨桿鉆機(jī)進(jìn)入進(jìn)行錨桿鉆孔支護(hù)；錨桿鉆機(jī)退出；掘進(jìn)機(jī)進(jìn)入迎頭掘進(jìn) 1～2 個(gè)錨桿排距；1 個(gè)作業(yè)循環(huán)完成。該過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的綜合系統(tǒng)工程，包括巷道掘進(jìn)切割，掘進(jìn)孔爆破，錨桿鉆孔支護(hù)，噴漿處理，材料及各種機(jī)具現(xiàn)場(chǎng)布置等諸多環(huán)節(jié)。

懸臂式掘進(jìn)機(jī)按照由下到上，再由上至下的順序依次切割，掘進(jìn)機(jī)在切割完部分區(qū)域后，切割頭后退至巷道掘進(jìn)截面的開始位置，然后掘進(jìn)機(jī)機(jī)身向右側(cè)挪動(dòng)，再切割剩余的部分一個(gè)斷面進(jìn)尺完成后，掘進(jìn)機(jī)退出切割的空頂區(qū)域，工人進(jìn)入到空頂區(qū)先進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，再進(jìn)行掛錨網(wǎng)、打眼鉆孔錨桿錨索永久支護(hù)作業(yè)，至此完成一個(gè)作業(yè)循環(huán)的掘進(jìn)。懸臂式掘進(jìn)機(jī)配套單體錨桿鉆機(jī)的掘進(jìn)工藝為單行掘進(jìn)作業(yè)方式，該掘進(jìn)作業(yè)方式施工便捷性好，組織管理協(xié)調(diào)簡(jiǎn)單。

2 實(shí)驗(yàn)分析

進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，進(jìn)行傳統(tǒng)方法1人工打風(fēng)鎬施工、傳統(tǒng)方法2鉆眼爆破掘進(jìn)施工與懸臂式掘進(jìn)機(jī)配套單體錨桿鉆機(jī)的掘進(jìn)工藝在礦山巷道掘速率上的對(duì)比，分析對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證較好的掘進(jìn)方法。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

在實(shí)驗(yàn)開始前，按照施工圖對(duì)礦山巷道進(jìn)行支護(hù)布置，施工前須有施工組織設(shè)計(jì)，報(bào)上級(jí)主管部門或有關(guān)處室審批，并向施工人員做好技術(shù)交底。分別應(yīng)用傳統(tǒng)方法1、傳統(tǒng)方法2與破碎松軟地層礦山巷道掘進(jìn)施工工藝對(duì)礦山巷道進(jìn)行掘進(jìn)施工。依據(jù)安全技術(shù)操作規(guī)程。施工過(guò)程中須作好施工記錄，以1d（1天）為施工速率的計(jì)量單位，對(duì)三種方法的礦山巷道掘進(jìn)速率進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量十組礦山巷道掘進(jìn)速率結(jié)果，進(jìn)行對(duì)比分析。

2.2 礦山巷道掘進(jìn)速率對(duì)比

礦山巷道掘進(jìn)速率對(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1 礦山巷道掘進(jìn)速率對(duì)比

根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，采用人工打風(fēng)鎬施工時(shí)礦山巷道掘進(jìn)速率最高為1.86m/d，礦山巷道掘進(jìn)速率最低為1.63m/d。采用鉆眼爆破掘進(jìn)施工時(shí)礦山巷道掘進(jìn)速率最高為1.48m/d，礦山巷道掘進(jìn)速率最低為1.32m/d。采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)配套單體錨桿鉆機(jī)的掘進(jìn)工藝時(shí)礦山巷道掘進(jìn)速率最高為2.12 m/d，礦山巷道掘進(jìn)速率最低為2.00 m/d。因此可以判斷出懸臂式掘進(jìn)機(jī)配套單體錨桿鉆機(jī)的掘進(jìn)施工工藝效率更高。

3 結(jié)束語(yǔ)

破碎松軟地層中礦山巷道掘進(jìn)施工難度較大，使用傳統(tǒng)方法掘進(jìn)，機(jī)械化水平和工效較低，風(fēng)險(xiǎn)性較高，極易出現(xiàn)冒頂片幫現(xiàn)象。根據(jù)本文研究，采用機(jī)械化程度更高的懸臂式掘進(jìn)機(jī)配套單體錨桿鉆機(jī)的掘進(jìn)工藝，使得礦山巷道掘進(jìn)施工和支護(hù)的效率得到提升，也大大提高了作業(yè)過(guò)程中的安全性。