煤巷炮掘快速安全施工工艺

杜来根

（山西潞安集团和顺李阳煤业有限公司，山西 晋中032700）

随着掘进机械化水平的不断提高，综掘技术因其劳动强度低、施工速度快、安全水平高等优点已经得到了较为广泛的应用，但炮掘技术因施工灵活、成本低廉和现场适应性强等优势仍然被部分矿井应用〔1－2〕。山西潞安李阳煤业为整合矿井，煤层赋存相对复杂，经升级改造后生产能力为1.2Mt／a，部分回采巷道施工采用炮掘工艺。根据采掘工程布置现状，当前炮掘单进水平难以满足综采工作面和采区的正常接替，尤其是矿井产能升级改造完成后，若不加快回采巷道掘进速度，势必会造成矿井生产脱节，难以保证矿井原煤产量达标。为了适应矿井发展需求和缓解矿井接替紧张局面，对回采巷道炮掘快速施工工艺进行了系统性研究并付诸实践。通过炮掘快速施工工艺的实施，大幅度提高了巷道单进水平，有效地缓解了矿井接替紧张局面，对于确保矿井原煤产量达标奠定了基础。

1 炮掘施工工艺优化

1.1 优化掘进安装工序

在工作面回采顺槽炮掘施工中，先将40T运输机拆除并运出后再向巷道内运送皮带运输机相关部件，安装皮带运输机需要花费4～6天时间，按照正常掘进速度，耽误有效掘进进尺35～60m。经研究发现，巷道设计尺寸可实现掘进和运输机安装的同步进行。在巷道掘进施工过程中，将40T运输机沿巷道底板中线布置，同时将皮带运输机各部件分散在巷道非行人侧，待皮带运输机机头、电动机和减速机等大件到位后开始进行组装。在40T运输机铺设到80～100m时即可完成皮带运输机的安装和试运行。皮带运输机试运行结束后，将40T运输机拆除，安装扒渣机，实现巷道的正常掘进施工。在掘进和安装作业前，需要制定专项施工措施，经详细论证，在施工期间可增加相应的辅助工，以确保巷道掘进和设备安装的同步进行。

1.2 优化爆破参数

根据掘进爆破震动波理论和中深孔直眼分段掏槽机理，可利用一次装药分段爆破来增加爆破能量对煤岩体的破坏能力，同时还可诱发煤岩体残余应力，增强煤岩体的破碎度和裂隙率〔3－4〕。另外，分段爆破还可有效降低因爆破产生的煤岩体碎块的抛掷能量，减少对设备和人员的安全威胁。在实际操作中，采用楔形掏槽法进行掏槽，并适当提高掏槽深度和槽腔体积，提高爆堆的集中程度，同时还相应减少了炮眼布置数量，有利于提高巷道掘进工效。为了提高爆破效果，适当减小周边眼间距和预留刷帮量。根据现场实际，巷道周边眼间距确定为0.25～0.3m，预留刷帮量确定为0.2～0.3m，且将周边眼装药量降低至半卷。通过炮眼参数优化，巷道成型有了较大改善，单循环进尺由1.2m增加至1.8m。

对于煤层松软区域，可修改炮眼布置参数和减少炸药量来确保爆破后巷道断面略小于设计轮廓线。这主要是考虑到松软煤体在爆破落煤时容易出现片帮和冒顶，不利于巷道帮顶维护和锚杆支护施工，同时也一定程度加大了煤炭装、运工作量。鉴于爆破出的巷道断面小于设计轮廓线，采用风镐对爆破后的煤壁进行人工修整。该方法的实施可提高巷道施工质量，降低巷道维修量，同时还可节约穿杆、竹笆等支护材料。

1.3 过构造带支护方式优化

巷道过构造带采用锚杆支护效果较差。经多次试验研究决定采用可缩性U型钢支架进行支护。可缩性U型钢支架支护强度高，同时可通过支架自身特点缓解部分巷道顶板压力，对于巷道过构造带支护效果较好。但是，U型钢支架在使用过程中常因放炮出现倒架和支架迈步现象，扶架和维护不但劳动强度大，同时还降低了巷道掘进施工速度，对职工的安全也极为不利。在借鉴其他矿井支架防倒研究成果的基础上研制出支架防倒连锁装置（见图1）〔5〕。支架防倒装置主要由规格（长×宽×厚）为2600 mm×60mm×20mm的钢板和U型卡组成，在钢板上施工Φ18mm×100mm椭圆长孔，U型卡采用Φ16mm的钢筋制成，两端过丝60mm，并配套紧固螺栓。该支架防倒装置可有效连锁4棚U型钢支架，在应用时支架顶梁和两帮各安设一套，随巷道掘进施工持续不断交替循环使用。

图1 U型钢支架防倒连锁装置结构示意

2 强化设备使用管理

和顺李阳煤业公司回采工作面顺槽采用锚杆支护，受到滞后支护空顶距的限制，锚杆支护施工速度一定程度上决定了巷道掘进速度。为了提高巷道支护施工速度，决定采用MQT85型气动锚杆钻机进行打眼，同时将锚杆钻机数增加至2～3台同时施工，并从锚杆钻机所需风、水供应方面加强管理。为了缩短锚杆紧固时间，提高紧固质量，引进储能式气动力矩扳手。该型号扳手在气压0.5MPa时即可保证有效预紧力矩达240N·m。施工实践表明，通过优化锚杆钻机的使用和采用新型力矩扳手紧固锚杆可有效加快锚杆施工速度。

为了保障装运煤设备的正常运行，掘进队对扒渣机、40T运输机和皮带运输机等设备实行专人管理和专人操作，同时对设备实行挂牌管理，并对设备运行状况进行台账记录，做到设备台台有责任人。另外，要求配备足够的托辊、H架、溜槽、链环和刮板等配件，尽量减少因皮带运输机延接或者设备维修耽误时间。通过这些措施的实施，有效地调动了职工对设备管理的积极性和责任心，有利于降低设备对掘进的影响。

3 合理确定施工劳动组织

合理确定施工劳动组织是确保巷道掘进正常进行的基本前提，也是实现正规循环作业的必然要求。和顺李阳煤业公司掘进队根据施工要求，合理调整作业人员配置，同时将区队精干职工均匀分配到三个施工班组，确保每个施工班组不少于15人，每班机修工不少于1人，跟班干部4人，区队正常出勤控制在50～53人。在优化人员配置的基础上合理确定正规循环作业和多工序平行作业。循环作业要以图标的形式表示出来，要安排好工序顺序、衔接关系和施工持续时间，使作业人员熟练掌握施工技术，能够按照循环作业要求进行施工。在掘进循环作业图中，交接班、打眼、装药、放炮、装运煤岩体和支护等工序循环进行。采用多工序平行作业可有效提高巷道掘进施工速度和工效。如打眼与支护、打眼与设备检修、装运煤岩与接风水管路等，这些工序采用平行作业方式是切实可行的。另外，对现场施工进行科学管理，跟班干部全面负责施工安全、质量、协调和文明生产等，确保各类影响降至最低限度。通过上述措施的实施，和顺李阳煤业公司回采巷道施工基本实现了正规循环作业，提高了施工作业质量和掘进施工速度。

4 结语

炮掘施工工艺对现场适应性强，成本低廉，被广泛应用于煤层赋存条件较差的煤巷中。但相对综掘技术而言涉及到打眼、装药、放炮、支护和装运煤等多种工序，故炮掘施工速度相对较低。和顺李阳煤业回采巷道通过优化掘进安装工序、爆破参数和过构造带支护方式，并辅以科学合理的设备管理和施工劳动组织，使得区队人员由原来65人减少至53人，单循环进尺由1.2m增加至1.8m，为确保矿井接替和原煤达产奠定了基础。

〔1〕孙清祥，胡成忠.浅谈如何提高炮掘工作面的单进水平〔J〕.山东煤炭科技，2010，（5）：196－197.

〔2〕丁录仕.炮掘巷道快速掘进技术〔J〕.煤矿开采，2004，9（4）：50－51.

〔3〕李顺峰.煤巷炮掘快速施工工艺研究〔J〕.煤矿开采，2007，12（3）：61－62.

〔4〕赵渊崧.煤巷炮掘快速掘进技术及其优化研究〔J〕.内蒙古煤炭经济，2014，（12）：105.

〔5〕张 亮，李学龙，李华超.新安煤矿掘进巷道棚架连锁防倒装置的研制与应用〔J〕.煤炭与化工，2014，（12）：62－63.