高效掘进技术在煤矿大断面岩石巷道中的应用探析

唐海军

摘 要：软岩巷道的掘进是长期限制矿井开采的一个主要技术问题。对煤矿深部大断面巷道机械化掘进技术进行探讨，有效处理了巷道爆破等技术难题，维护了巷道的安全，实现了巷道的高效掘进，使巷道施工在单进和功效上提升到一个新水平，掘进速度与原来相比提高了超过30%，解决了持续性生产问题。

关键词：掘进技术；煤矿；大断面；岩石巷道

中图分类号：TD263.3+2 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）13-0040-02

为处理某煤矿公司新煤矿大断面掘进与炮眼利用率低，软岩巷道在深度增加以后矿山压力持续增大、围岩条件变化很大、掘进难度和技术要求增高等问题，新煤矿对掘进技术进行了深入研究。现场分析时，探讨中深孔掏槽爆破，找出合适的爆破技术、支护设计和改进工艺，使大断面巷道实现快速掘进。

1 巷道机械化掘进技术

目前，随着煤矿大断面巷道掘进机械化技术的研究，国内机械化掘进技术在部分重点煤矿中已得到广泛应用。当前，钻爆法机械化掘进技术包括全液压钻车与侧卸装岩机配合使用、钻装瞄一体作业线、手持凿岩机与耙斗装岩机配合使用三种方法。国内煤矿大断面掘进技术中较为常用的是手持凿岩机与耙斗或者铲斗装岩机配合使用的生产模式。在这种掘进技术下，每个月的掘进距离通常为60～70 m。一些煤矿选择全液压钻车与侧卸装岩机配合使用作业线，但是与国外普遍使用的全液压钻车与侧卸装岩机配合使用作业线、钻装瞄一体作业线比起来，国内机械化掘进技术的配套还不完整，施工工艺和组织管理还有不足之处。

1.1 深部岩巷控制爆破与应用技术

选择控制爆破掏槽参数，利用三维模型进行试验，探讨多孔掏槽与单孔爆破及小空孔对爆破的作用等，比较多孔爆破及多孔和单孔的爆破特性，分析保证掏槽效果、提升炮眼利用率和减小单耗的条件。

1.2 岩巷支护技术和优化

锚喷支护在煤矿开采加深后，在深部巷道支护中，这种抗压方法经常无法较好地减少巷道变形，也达不到安全生产的要求。这项技术探讨需要与快速掘进工程融合起来，探讨并提出了后抗支护方案和优化设计，允许围岩产生一定程度的变形，使围岩趋向平衡，以确保巷道使用过程的稳定性和安全性。

1.3 岩巷液压凿岩车和配套设备

现阶段，煤矿巷道施工大部分选用风动凿岩机和耙矸机主要设备施工工艺，技术含量低下，掘进效率无法令人满意，很难有效提升进尺水平。改变掘进中大多数选择风动凿岩机等专用设备为主施工工艺，解决液压凿岩车及装岩机等在煤矿岩巷掘进中的重要技术问题，达到以液压凿岩车和侧斜装岩机替换以往启动凿岩机的目的。

1.4 深部巷道掘进技术和工艺

掘进工序根据性质分为主要工序和辅助工序两种，怎样合理安排工序施工是影响掘进速度的关键因素。考虑目前已有掘进设备、支护、施工技术与工艺中的难题，找出制约性和根本性原因，并通过现代理论和研究成果作出可行性探讨，不断改进施工技术。很多辅助工序所用时间较短，而且具有一定的独立性，因此在组织施工中，要尽量使辅助工序与主要工序交叉进行，以提高掘进速度，使其达到技术指标。

2 探讨成果

从探讨软岩巷道在爆破中关系到不同爆破技术理论开始，利用爆炸荷载检测系统进行动焦散实验。选择动光弹研究的爆炸破裂规律，利用混凝土试件来模拟井下岩体进行应变测试。研究了面膜型爆生扩展穿层的普通规律，选择模型试验探讨软岩分阶段爆破机制。爆生裂纹过节理时，不直接顺着原来的方向，而是偏移某个长度距离后穿过节理面接着发展。远距离小空孔对提升掏槽结果、减少炸药单耗切实有作用，作用程度和爆破介质与炸药消耗有关；多孔同时爆破产生的爆破漏斗和孔距与装药多少相关。在一定程度上扩大炮孔间距可减小炸药消耗，但是同时也降低了炮孔利用率。

参考新奥法。利用FLAC模拟与试验探讨提出适合煤矿岩巷二次支护的措施与设计方案，允许围岩发生一定程度的变形，使围岩趋向平衡，较好地处理了年限较长的巷道的支护难题，确保支护效果，保证巷道在使用年限中尽可能减少维修，确保巷道在使用过程中的稳定性和安全性，不阻碍安全生产，在一定程度上提升了掘进效率。

针对该煤矿现场条件，探讨钻爆法机械作业大断面巷道掘进工艺，探讨现行爆破和支护过程中的难题，应用基本理论，处理了限制岩巷掘进最重要的装备、支护和工艺等难题，提升爆破效果，准确掌握巷道成型，减小超欠挖量；提高巷道支护，有效减少材料耗费与维修劳动量，降低巷道的维护费用。

3 效果分析

3.1 对技术结果的探讨

对于技术结果，可从以下两方面着手进行探讨：①提高了巷道作业质量，有效地增强了光面爆破的质量控制。选择巷道控制爆破方法，提升了爆破效果，保证巷道成型合理，较好地控制了超欠挖问题，对围岩破坏较小，从而在较大程度上保持了围岩的自身强度，增大了其自承能力。通过对新支护工艺在使用前后进行比较发现，以往的一次支护存在喷层柔性较差问题，容易造成喷体脱落等现象，不适合变形量较大的巷道；而选择二次支护，其结果明显比一次支护要好，提升了支护效果，降低了巷道维修量与维护费用，对于支护围岩生成承载结构比以往更稳固，更有助于巷道的安全施工和支护。②提升掘进效率。选择控制爆破，改善爆破参数，炮眼利用率大于95%，同时新型施工组织与支护措施的应用，使循环进程有较大的提高。在没有较多设备的情况下，掘进速度与以前相比有较大提高。根据现场统计可知，每班的循环进程能够提升超出1.7 m，日进尺可达到5 m，最大月进尺超过90 m。

3.2 经济效益的分析

3.2.1 直接效益

选择红矸石替换之前的砂石作为混凝土骨料，使用凿岩车和装岩机配套的施工技术，提升工程效果和施工进程，减小了材料耗费与维修量，提高了巷道工程单进和工效。巷道施工新工艺的实施，对处理新煤矿中存在的问题、保证矿井在连续生产中达到高产与稳产具有重要意义。

3.2.2 间接效益

通过运用机械掘进，在较大程度上增加了员工的收入。施工断面为22.5 m2的巷道，以往掘进速度为2.0 m/d，月进60 m；实施机械掘进后，日进情况已经超过3 m，月进尺超过90 m。快速掘进施工用人少，较好地提高了功效。通过采用凿岩车和装岩机配套设备的施工技术，可进行机械操作，避免近距离施工，提高了安全、可靠程度。

4 总结

新煤矿巷道的掘进问题是长期限制矿井开采的关键技术难题，在很长一段时间内，国内的巷道掘进多为每月60 m，使生产效率较难提高；再加上软岩支护理论和经验较少，造成巷道返修较多，甚至较难支护，不仅安全事故发生较多，还严重影响了员工的安全，也影响了我国对煤炭资源的开采。煤矿大断面巷道机械化掘进技术有效解决了深部巷道存在的较多技术问题（大多是爆破与支护上的一些重要技术难题），实现了深部巷道优质、高效掘进，提升了生产效率，打破了矿井的紧张局面，使矿井较早出煤，对保证矿井在生产中维持高产、稳产具有重要意义。

参考文献

[1]吕艳平.高效掘进技术在深部大断面岩石巷道中的应用[J].农家科技（下旬刊），2013（11）：104.

[2]金玉生.深部大断面岩石巷道机械化高效掘进技术研究[J].科技致富向导，2012（10）：272，302.

〔编辑：刘晓芳〕

Abstract： Soft rock tunnel boring is a major technical problem limiting long-term exploitation of the mine. Coal mine deep large section roadway mechanized tunneling technology to explore， to deal effectively with the tunnel blasting and other technical problems， maintaining a safe roadway， to achieve an efficient roadway， so that construction of the tunnel on a single inlet and effectiveness to a new level， tunneling improved as compared with the original speed of more than 30%， to solve the problem of continuous production.

Key words： tunneling technology； coal； large section； rock roadway