馮開輝

（汾西礦業(yè)集團(tuán)高陽煤礦，山西 孝義 032300）

1 工程概況

山西某礦20502采面開采5號煤層，煤層傾角7°，平均煤厚4.13 m，賦存較為穩(wěn)定。5號煤層頂?shù)装鍨榉凵皫r、細(xì)粒砂巖。由于5號煤層埋深平均550 m，煤層原始瓦斯含量較高且具有一定突出危險(xiǎn)性，為此礦井通過布置底抽巷進(jìn)行瓦斯預(yù)抽。底抽巷位于5號煤層下方15 m砂巖層中，直墻半圓拱斷面，寬4.6 m、高3.7 m，采用錨網(wǎng)噴支護(hù)。巷道采用炮掘方式，掘進(jìn)進(jìn)尺介于85~130 m間，平均為113 m，巷道掘進(jìn)效率整體較低，平均速度未達(dá)到其他同類巖巷平均速度?，F(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，制約20502底抽巷掘進(jìn)的主要因素包括有掘進(jìn)設(shè)備、爆破孔施工參數(shù)、矸石運(yùn)輸路線等。為此，對制約巷道快速掘進(jìn)因素進(jìn)行分析，并針對性對掘進(jìn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，以期能提高巷道綜合掘進(jìn)效率。

2 巷道快速掘進(jìn)影響因素分析

2.1 掘進(jìn)設(shè)備機(jī)械化程度不高

巷道掘進(jìn)設(shè)備機(jī)械化程度直接影響巷道掘進(jìn)效率，20502底抽巷使用CMJ-17液壓臺車施工炮眼、耙斗機(jī)（P-30B）裝矸、錨桿機(jī)（MQB-85J）支護(hù)圍巖。巷道掘進(jìn)過程中施工的掘進(jìn)設(shè)備施工功率小、炮眼施工耗時(shí)長、耙斗機(jī)裝矸效率不高，從而導(dǎo)致炮眼施工以及矸石外運(yùn)耗時(shí)時(shí)間長，巷道掘進(jìn)進(jìn)尺平均僅為70 m。巷道掘進(jìn)過程中使用的設(shè)備機(jī)械化程度不高、施工效率低以及功率小等成為導(dǎo)致巷道掘進(jìn)進(jìn)尺不高的主要因素[1-3]。

2.2 爆破破巖效果差

巷道掘進(jìn)迎頭炮眼爆破效果也會影響掘進(jìn)效率，爆破效率與輔助眼、掏槽眼、周邊眼等布置參數(shù)密切相關(guān)[4-8]。巷道原爆破方案見圖1所示，其中掏槽眼均為直眼形式，水平間距、豎向間距分別為1 200 mm、350 mm，共計(jì)布置6個(gè)，孔徑32 mm，孔深1 500 mm，孔內(nèi)裝入有0.84 kg炸藥。周邊眼數(shù)量共計(jì)30個(gè)，鉆孔孔徑32 mm、孔深均為2 000 mm，間距350 mm，單個(gè)鉆孔內(nèi)布置0.24 kg炸藥。采用上述爆破掘進(jìn)方案后，掘進(jìn)迎頭炮眼利用率僅為70%，爆破后殘眼較多，進(jìn)尺僅為1.3 m，采用的爆破孔布置方案整體效率較低。

圖1 炮眼原布置圖（mm）

2.3 裝矸及運(yùn)矸

巷道掘進(jìn)后會產(chǎn)生大量的廢棄矸石，矸石裝車以及外運(yùn)速度也直接影響巷道掘進(jìn)效率。20502底抽巷通過耙斗機(jī)（P-30B）、側(cè)裝機(jī)（ZCY-60）、礦車（1.5 t）將矸石外運(yùn)，單次爆破后需要外運(yùn)至少2/3矸石方不會對下次爆破產(chǎn)生影響。由于掘進(jìn)迎頭矸石產(chǎn)生量大，矸石運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)量不足，每月均會出現(xiàn)由于矸石堆積導(dǎo)致掘進(jìn)停滯情況發(fā)生，影響時(shí)間一般在7 d。

3 巷道掘進(jìn)工藝優(yōu)化

3.1 掘進(jìn)設(shè)備優(yōu)化

20502底抽巷使用CMJ-17液壓臺車、P-30B耙矸機(jī)以及礦車等進(jìn)行炮眼鉆進(jìn)、裝車以及矸石外運(yùn)等，采用的機(jī)械設(shè)備存在效率低、制約巷道掘進(jìn)效率等問題。為此，根據(jù)掘進(jìn)巷道實(shí)際情況以及礦井其他巖巷機(jī)械設(shè)備使用情況，提出采用CMJ2-17液壓臺車、ZCD-60R側(cè)裝機(jī)、P-60B耙矸機(jī)進(jìn)行炮眼施工、矸石外運(yùn)工作，優(yōu)化有的機(jī)械設(shè)備功率更大、施工效率更高。采用的機(jī)械設(shè)備具體見下頁表1所示。

表1 掘進(jìn)迎頭機(jī)械設(shè)備參數(shù)

3.2 炮眼施工參數(shù)優(yōu)化

為提高掘進(jìn)迎頭施工的炮眼爆破效果，提高炮眼綜合利用率，對巷道炮眼施工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，具體優(yōu)化后炮眼布置方案見圖2所示。迎頭布置61個(gè)炮眼，其中包含8個(gè)掏槽眼、9個(gè)底眼、17個(gè)輔助眼、其余均為周邊眼。其中掏槽眼、周邊眼孔深均為2 500 mm、孔徑均為42 mm；底眼孔、輔助眼孔深均為2 300 mm、孔徑均為40 mm。

圖2 優(yōu)化后炮眼布置圖（mm）

對炮眼施工參數(shù)優(yōu)化后，施工2 300 mm炮眼殘眼深度最大為300 mm，炮眼利用率達(dá)到90%以上，同時(shí)爆破炸藥消耗量由2.9 kg/m3降低至1.84 kg/m3，單班循環(huán)進(jìn)尺量由1.2 m提升至1.8 m，掘進(jìn)進(jìn)尺增幅為50%。

3.3 排矸系統(tǒng)優(yōu)化

20502底抽巷原采用P-30B耙矸機(jī)、1.5 t礦車外運(yùn)矸石，整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備較為陳舊、排矸效率不高且各個(gè)施工工序間相互有較大影響。采用的耙矸機(jī)移動時(shí)間長、裝矸效率不高。雖然后續(xù)擬采用P-60B耙矸機(jī)進(jìn)行耙矸，但是也存在裝矸、矸石外運(yùn)等工作無法平行開展等問題。為此，對巷道排矸系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，具體為：在掘進(jìn)迎頭后方布置一個(gè)臨時(shí)矸石倉，并采用帶式輸送機(jī)將迎頭矸石外至臨時(shí)矸石倉，后使用P-60B耙矸機(jī)、礦車等外運(yùn)臨時(shí)矸石倉內(nèi)矸石，從而避免矸石在掘進(jìn)仰頭堆積，同時(shí)提高矸石外運(yùn)效率。具體優(yōu)化后的排矸系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）降低了掘進(jìn)迎頭矸石外運(yùn)等待礦車時(shí)間；耙斗機(jī)無需頻繁前移，提高了耙斗機(jī)工作時(shí)間并降低勞動強(qiáng)度；實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)巷道內(nèi)破巖、裝巖、運(yùn)矸等平行化，提高排矸效率。

2）對排矸系統(tǒng)優(yōu)化后，巷道掘進(jìn)期間每天產(chǎn)生松散矸石約230 m3，每天需要安排76臺礦車進(jìn)行排矸，通過布置臨時(shí)矸石倉解決了矸石外運(yùn)效率低下問題，提高了排矸速度。

4 巖巷掘進(jìn)工藝優(yōu)化效果分析

對20502底抽巷掘進(jìn)工藝進(jìn)行優(yōu)化后，巷道掘進(jìn)組織安排仍采用三班制，每班完成一個(gè)掘進(jìn)循環(huán)，單個(gè)循環(huán)巷道掘進(jìn)進(jìn)尺平均為1.8 m，日掘進(jìn)進(jìn)尺平均5.4 m，月掘進(jìn)量達(dá)到162 m，同時(shí)巷道掘進(jìn)正規(guī)循環(huán)率可達(dá)到90%以上。

對掘進(jìn)工藝優(yōu)化后巷道各個(gè)工序施工耗時(shí)進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)炮眼鉆進(jìn)以及排矸耗時(shí)較優(yōu)化前分別縮短約1.2 h、1.5 h。對巷道在8—10月份巷道掘進(jìn)進(jìn)尺進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)月平均進(jìn)尺為168 m，巷道月掘進(jìn)進(jìn)尺較優(yōu)化前增加55 m。優(yōu)化后的巷道掘進(jìn)工藝不僅提高巷道掘進(jìn)進(jìn)尺而且在一定程度上降低了掘進(jìn)工作面勞動強(qiáng)度，取得較好應(yīng)用成果。

5 結(jié)論

20502底抽巷為巖巷，采用炮掘方式掘進(jìn)，巷道存在掘進(jìn)效率低、勞動強(qiáng)度大，同時(shí)無法滿足采面瓦斯治理需要等問題。為此，對制約巷道快速掘進(jìn)因素進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)巷道掘進(jìn)迎頭炮眼施工效率低、破巖效果差以及排矸不及時(shí)等是制約巷道快速掘進(jìn)的主要因素。為此，提出采用CMJ2-17液壓臺車施工炮眼，提高炮眼施工效率，并對炮眼布置進(jìn)行針對性優(yōu)化；采用大功率的ZCD-60R側(cè)裝機(jī)及P-60B耙矸機(jī)進(jìn)行裝藥，在掘進(jìn)迎頭后方布置臨時(shí)矸石倉存儲迎頭矸石，提高矸石外運(yùn)效率。現(xiàn)場應(yīng)用后，巷道掘進(jìn)進(jìn)尺平均每月可達(dá)到168 m，較優(yōu)化前增加55 m，取得較好的掘進(jìn)工藝優(yōu)化效果。