王海斌

（汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司雙柳煤礦，山西 柳林 033300）

引言

隨著礦井綜合機(jī)械化水平的不斷提升，綜掘設(shè)備在煤礦井下被廣泛應(yīng)用，在一定程度上提升了巷道掘進(jìn)效率[1-2]。但是當(dāng)掘進(jìn)巷道為堅(jiān)硬的巖層時(shí)，綜掘機(jī)截割破巖過(guò)程中存在截割齒及底座磨耗嚴(yán)重、掘進(jìn)效率低等問(wèn)題，在一定程度上制約了綜掘機(jī)應(yīng)用效率[3]。降低綜掘機(jī)截割巖層強(qiáng)度以及完整性是提高綜掘機(jī)截割破巖效率并降低設(shè)備磨耗的關(guān)鍵措施之一[4]?，F(xiàn)階段常用的巖層弱化技術(shù)包括有深孔爆破、水力壓裂等措施，但是上述技術(shù)均存在影響弱化影響范圍難以控制問(wèn)題[5-7]。為此，文中提出將液壓劈裂技術(shù)應(yīng)用到巖層弱化中，并以下組煤8206材巷風(fēng)橋掘進(jìn)為工程實(shí)例，對(duì)掘進(jìn)迎頭液壓劈裂鉆孔布置情況以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果等進(jìn)行分析，以期能在一定程度上提高堅(jiān)硬巖層巷道掘進(jìn)效率。

1 工程概況

下組煤8206材巷風(fēng)橋穿層段，設(shè)計(jì)掘進(jìn)長(zhǎng)度為151 m，坡度8°，根據(jù)已掌握地質(zhì)資料，巷道掘進(jìn)過(guò)程中會(huì)依次揭露過(guò)L1石灰?guī)r（厚度5.3 m）、泥巖、煤線、L2灰?guī)r（厚度4.1 m）、7號(hào)下煤、L3灰?guī)r泥巖（厚度2.3 m）等巖層，下穿巖層厚度合計(jì)為12.8 m。

下組煤8206材巷風(fēng)橋斷面為直墻半圓拱，巷寬5.0 m、巷高3.8 m、墻高1.3 m，施工采用EBZ260H硬巖掘進(jìn)機(jī)截割破巖，配合轉(zhuǎn)載機(jī)出渣施工，循環(huán)進(jìn)度1.0 m。

施工工藝流程：安全檢查→掘進(jìn)機(jī)截割→出渣→臨時(shí)支護(hù)→永久支護(hù)。

掘進(jìn)機(jī)在堅(jiān)硬的灰?guī)r中掘進(jìn)時(shí)，截割頭截割主要采用間歇性點(diǎn)割為主（1~10 min調(diào)整一次截割頭），進(jìn)刀方式為中部進(jìn)刀，形成局部截割面后，逐步擴(kuò)大，先中部后刷擴(kuò)輪廓段；截割每循環(huán)進(jìn)度為100~200 mm截深。截割深度達(dá)到500 mm后，逐段修邊，截割一個(gè)循環(huán)（進(jìn)尺1.0 m）需要4 h、更換截齒10個(gè)，目前截割造成掘進(jìn)機(jī)劇烈震動(dòng)，各部件損耗嚴(yán)重，其中截齒底座損壞嚴(yán)重。

為了提高下組煤8206材巷風(fēng)橋穿層段掘進(jìn)效率，并降低綜掘機(jī)磨損量，需要采取適當(dāng)措施降低巖層硬度?，F(xiàn)階段可選的巖層弱化方法包括有水力壓裂、深孔預(yù)裂爆破，水力壓裂雖然可降低巖層強(qiáng)度，但是壓裂范圍控制難度較高，甚至可能會(huì)影響巷道圍巖穩(wěn)定性；深孔預(yù)裂爆破由于耗時(shí)較長(zhǎng)、爆破后產(chǎn)生有害氣體，同時(shí)增加巷道掘進(jìn)成本。為此，提出采用液壓劈裂機(jī)對(duì)掘進(jìn)迎頭位置堅(jiān)硬巖體進(jìn)行弱化，提高巷道綜合掘進(jìn)效率。

2 液壓劈裂機(jī)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析

2.1 施工工藝

壓裂綜掘施工工藝流程：安全檢查→施工鉆眼→劈裂機(jī)劈裂鉆孔→掘進(jìn)機(jī)截割→出渣→臨時(shí)支護(hù)→永久支護(hù)。

在掘進(jìn)工作面依據(jù)上下臺(tái)階斷面情況設(shè)計(jì)鉆孔，布置合理施工鉆孔，定向壓裂鉆孔造成局部段碎裂（垂直方向孔間預(yù)裂），增加截割面，降低截割難度。豎孔布置主要預(yù)防大塊矸石脫落，只形成預(yù)裂而杜絕形成危巖。具體布置的鉆孔見下頁(yè)圖1所示，其中圖1-1為上臺(tái)階鉆孔布置圖、圖1-2為下臺(tái)階鉆孔布置圖，布置的鉆孔孔深均為1 000 mm。鉆孔采用型號(hào)YT-29鑿巖機(jī)配合中空六角鋼釬、金剛石鉆頭鉆進(jìn)，施工的孔徑為32~45 mm。

圖1 掘進(jìn)迎頭鉆孔布置參數(shù)（單位：mm）

2.2 液壓劈裂機(jī)操作方法

在下組煤8206材巷風(fēng)橋使用液壓劈裂機(jī)弱化巖層，具體液壓劈裂機(jī)結(jié)構(gòu)見下頁(yè)圖2所示。具體的操作方法為：

圖2 液壓劈裂機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1）由于下組煤8206材巷風(fēng)橋在堅(jiān)硬的灰?guī)r中掘進(jìn)，依據(jù)掘進(jìn)橫斷面、鑿孔深度以及弱化方向，在斷面上選擇15支劈裂槍。

2）為了提高破巖效率，在掘進(jìn)迎頭位置提前根據(jù)設(shè)計(jì)要求施工鉆孔。

3）在鉆孔內(nèi)插入劈裂槍，依靠液壓壓力弱化堅(jiān)硬的灰?guī)r。

正確以及規(guī)范使用液壓劈裂機(jī)是實(shí)現(xiàn)高效、安全破巖的關(guān)鍵。現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員在操作液壓劈裂機(jī)前應(yīng)經(jīng)過(guò)培訓(xùn)并掌握液壓劈裂機(jī)各個(gè)零部件結(jié)構(gòu)組成、功能，并嚴(yán)格準(zhǔn)守作業(yè)規(guī)程操作。在液壓劈裂機(jī)使用前，應(yīng)首先檢查各個(gè)零部件安裝是否到位、結(jié)構(gòu)是否可靠，并按照下述步驟操作：將劈裂槍插入到鉆孔內(nèi)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要調(diào)整劈裂方向；啟動(dòng)液壓泵、控制換向閥對(duì)掘進(jìn)迎頭巖體進(jìn)行劈裂；當(dāng)劈裂巖體中產(chǎn)生小裂隙后，換向閥換向、內(nèi)鍥塊以及活塞桿縮回并轉(zhuǎn)動(dòng)劈裂墻反向，使得再次劈裂時(shí)巖體形成的裂隙與原有方向不一致；多次重復(fù)劈裂，從而使得掘進(jìn)工作面前方巖體強(qiáng)度得以明顯降低，后使用綜掘機(jī)、刮板輸送機(jī)以及可伸縮帶式輸送機(jī)等進(jìn)行破巖、轉(zhuǎn)載以及運(yùn)輸。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

當(dāng)下組煤8206材巷風(fēng)橋在堅(jiān)硬的灰?guī)r中掘進(jìn)時(shí)，即采用液壓劈裂機(jī)來(lái)降低掘進(jìn)工作面迎頭巖體強(qiáng)度，從而達(dá)到提高綜掘機(jī)掘進(jìn)效率并降低設(shè)備磨損的目的。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，使用液壓劈裂機(jī)后巷道綜合掘進(jìn)效率較使用前提高15%，日掘進(jìn)進(jìn)尺達(dá)到5.0 m；綜掘設(shè)備磨損程度較使用前降低約25%，每月可節(jié)省設(shè)備更換以及維護(hù)費(fèi)用約2萬(wàn)元。液壓劈裂機(jī)應(yīng)用不僅顯著提高了下組煤8206材巷風(fēng)橋在堅(jiān)硬灰?guī)r中的掘進(jìn)效率也降低了綜合掘進(jìn)成本。

3 結(jié)論

1）下組煤8206材巷風(fēng)橋使用EBZ260H綜掘機(jī)破巖，但是由于掘進(jìn)范圍內(nèi)有堅(jiān)硬的灰?guī)r，從而導(dǎo)致巷道掘進(jìn)效率較低，綜掘設(shè)備磨損嚴(yán)重。如何降低掘進(jìn)迎頭灰?guī)r強(qiáng)度成為提高巷道掘進(jìn)效率以及降低掘進(jìn)成本的關(guān)鍵。采用深孔預(yù)裂爆破、水力壓裂等技術(shù)雖然可滿足堅(jiān)硬巖層弱化目的，但是卻存在弱化范圍難以控制等問(wèn)題。為此，提出使用液壓劈裂機(jī)弱化掘進(jìn)迎頭堅(jiān)硬巖體。

2）液壓劈裂機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作效率高以及成本低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，綜掘機(jī)在堅(jiān)硬灰?guī)r中掘進(jìn)進(jìn)尺達(dá)到5.0 m/d，綜掘設(shè)備磨損量降低20%，取得了較好的應(yīng)用成果。