岩巷单进水平影响因素分析及其优化

申丑孩

（晋能集团长治公司山西新村煤业有限公司，山西 长治 046000）

煤矿岩巷掘进是一个复杂的施工工艺，在矿井正常生产中具有重要位置，生产矿井岩巷掘进工程量一般占到矿井掘进总工程量的30%左右。金明煤矿岩巷掘进一直气腿式凿岩机配耙斗装载机为主。近年来，通过引进中深孔爆破技术，增加循环进尺；改变传统的两掘一喷工艺，推广多工序平行作业、皮带连续排矸；改造供风线路、坚持多上钻机等措施，使矿井岩巷炮掘单进水平得以突破。2016年岩巷平均单进80 m/月，2017年岩巷平均单进82 m/月，个别岩巷掘进工作面破百米。虽然，矿井岩巷单进水平有所提高，但与国内综掘300 m/月、炮掘200 m/月的高水平单进相比还有较大差距。因此，以金明煤矿25011工作面底板岩巷为工程背景，研究岩巷快速掘进攻关工作，提高岩巷单进水平，缓解矿井接替紧张的局面是目前当务之急。

1 工作面工程概况

25011工作面底板岩巷位于25采区南部，11204下底板岩巷开口处为半煤岩巷道，上部岩石厚度为1.3 m，下部煤层厚度2.3 m。掘进范围内上距二1煤层底法距1～15 m；二1煤层整体呈单斜构造，最大厚度7 m，最小煤厚2.55 m，平均4 m；二1煤层底板整体产状134°～152°∠3°～9°。煤层直接底为砂质泥岩，灰色、深灰色，含白云母片及植物化石，下部含黄铁矿结核，局部并发育有L9灰岩。经现场调查，25011工作面底板岩巷掘进过程中在巷道层位选择与支护设计、作业方式、人的因素、爆破参数、掘进设备、组织管理因素和外部环境因素等几个主要方面存在提升空间，有待进一步优化。

2 岩巷快速掘进影响因素分析

2.1 巷道层位选择与支护设计的影响

（1）巷道层位设计的选择

25011工作面底板岩巷最初设计层位为L8灰岩底。该矿所采二1煤下部层位依次为砂质泥岩(最小厚度7.7 m，最大厚度13.63 m，平均厚度11.4 m)、L8灰(最小厚度2.12 m，最大厚度6.02 m，平均厚度4.6m)、一8煤及泥岩(最小厚度0.6m，最大厚度2.7m，平均厚度1.76 m)、L7灰（最小厚度1 m，最大厚度4.28 m，平均厚度3.1 m）。

（2）沿L8灰底施工段情况及成本计算

① 巷道状况

现场施工中发现，沿L8灰底掘进，巷道围岩破碎、成型极差、淋水点较多，锚杆失效较多。沿L8灰底可能有近煤层，使用锚索钻机勉强探查8 m，每班探测，施工困难较大，且影响进度；在该层位施工期间，巷道日进3 m，每月按25天核算，月仅能完成75 m；底板岩巷距二1煤不得小于10 m，否则打钻产生裂隙，影响效果。

② 成本核算分析

巷道压力大，补打锚杆 (索)较多，以25011工作面底板岩巷为例，百米巷道补打锚索100根左右，剩余890 m，共需补打锚索890根。每套锚索97.85元/套，工时费150元/工×890工=133500元，材料费共计 97.85×890=87087元。

另外，补打一根锚索需要30 min时间，补打890根锚索，使用一部钻机补打锚索的情况下，需要55班才能完成，占用了大量的掘进力量。因此，在该层位施工，不仅会造成支护成本的增加，而且还将制约单进的提高。

（3）支护设计分析

25011工作面底板岩巷设计采用锚网喷支护：采用左旋锚杆Φ18 mm×1800 mm，间排距800 mm×800 mm；双层网为钢筋网+黑色硬质塑料网，网片搭接长度为100 mm；全断面挂网喷浆，喷厚50 mm。由于25011工作面底板岩巷主要用于25011工作面瓦斯抽放，服务时间较短（从工作面两巷掘进至工作面回采结束），当巷道岩性比较好时，如果支护设计强度过大，不仅会造成支护材料的浪费，还会影响巷道快速掘进。因此，应实行差异化支护，在岩性较好的区段，合理降低25011工作面底板岩巷的支护强度，节约支护成本，加快掘进速度。

2.2 作业方式因素分析

（1） 工序耗时

25011工作面底板岩巷采用“三八制”作业。根据现场跟班写实记录，该岩巷掘进施工工序耗时见图1。图1中工序4：打锚杆孔与打炮眼平行作业，两部YT28型气腿式凿岩机施工迎头炮眼，两部KMTQT-130/3.1钻机施工巷道顶板锚杆孔；工序5：出渣过程中，所有人员撤出，迎头无施工人员；工序6：打巷道下部炮眼，然后打巷帮下部两个锚杆孔，并进行上网安装。

工序耗时分析：

① 岩巷工作面钻机打眼工作耗时最多。风动凿岩钻机打一个2 m深炮眼平均需要8 min，锚索钻机打一个锚杆孔平均需要10～12 min，全断面爆破打眼和支护打一排锚杆需要4～5 h，占整个作业循环时间的50%～60%，是制约单进的主要因素。

② 平行作业不充分。部分工序实现了平行作业，但个别可以实现平行作业的工序未能平行作业，平行作业度低。

③ 风压、水压不足导致钻机钻进速度慢，也是影响单进的一个重要因素。

（2）平行作业现状分析

图1 施工工序及耗时

根据图1所示，打锚杆孔与打炮眼平行作业，两部YT28型气腿式凿岩机施工迎头炮眼，两部KMTQT-130/3.1钻机施工巷道顶板锚杆孔，但仍有部分可以实现平行作业而未实现平行作业的工序。有条件但未实现平行作业的工序：

① 工序4迎头打锚杆孔和打炮眼工作 （180min）与工序5出渣工作（75 min）与未能实现平行作业。

② 工序6中帮部底脚支护与工序4迎头打锚杆孔和打炮眼工作未能实现平行作业。

③ 工序6打底部炮眼与帮部底脚支护未能实现平行作业。

2.3 掘进设备影响分析

（1）装运：装岩工序在平巷掘进中占整个循环时间的30%～50%，目前，金明煤矿岩巷装运以P型系列耙斗装岩机为主，可在30°以下的斜巷使用，实现高效率连续出渣，装岩效率较高。

（2）钻眼：金明煤矿岩巷掘进普遍使用的仍是气动凿岩机，由于气腿凿岩机输出功率小，钻速低，如要提高工作面钻孔速度，就需要多上几部钻机平行作业。岩巷掘进需要机械化装备，现阶段在这项工序中缺少相应的装备，机械化程度较低。

（3）耙渣机与皮带机尾不能实现整体移动，造成移一次耙渣机需要4班左右时间，耗时时间长；掘进设备维修不及时，故障率高，都制约了岩巷单进的提高。

3 岩巷掘进方案优化

3.1 实行差异化支护

25011工作面底板岩巷采用断面直墙半圆拱13.3 m2，由于底板抽放巷道的服务时间往往较短，采用硬质塑料网+冷拔丝编织网取代原来的钢网护帮顶，可以较好的控制局部岩块的松动和坠落，通过现场调查，L7-8岩层岩性好、整体性强，节理、裂隙不发育，而喷浆的加固和防风化作用一般。因此，本次试验25011工作面底板岩巷采用锚网支护，不再喷浆。锚杆间排距0.8 m×1 m，锚杆配合H型钢带支护上半部，沿灰岩掘进期间锚索隔排单根布置，在顶板破碎或泥岩中掘进时视顶板条件，增加锚索数量。

针对巷道沿L8底掘进，巷道围岩破碎淋水点较多，锚杆失效较多的问题，将巷道施工层位调整到沿L7灰或上半部沿L7灰施工，在L7灰中上部施工，在L7灰施工期间，避免了淋水影响，现场施工较简单，巷道支护容易。

3.2 岩巷掘进机械化作业线优化

结合25011工作面底板岩巷现场施工地质、技术条件，选择YT28型气腿式凿岩机+P-60B耙斗装载机+DSJ80/2×55型胶带输送机+KMQT-130/3.1气动振动式锚杆钻机的作业线。利用皮带运输配合耙斗装载机时，皮带可实现连续运输，提高出渣排矸的连续性，解决排矸问题。

3.3 快速掘进作业方式优化

25011工作面底板岩巷掘进劳动组织形式采用“三八”工作制，作业方式采用同巷同段和同巷分段平行作业。优化后的作业循环见图2。在掘进循环作业过程中制定优化措施如下：

① 根据工作面情况，提高岩巷平行作业水平。在岩性好的前提下，两帮锚杆可滞后耙斗装载机进行补打；锚索滞后迎头10 m进行补打；耙斗装载机距迎头大于10 m后，耙渣作业可与迎头作业同步进行。做到迎头打钻打锚索、耙渣、后面补锚杆同时作业。

② 调整工序，积极组织。底板岩巷施工时调整为三个掘进班，提高正规循环率。

③ 加快各工序之间的衔接，提高单个工序施工速度。25011工作面底板岩巷巷道掘进断面13.3 m2，要上够4～5部钻，加强职工间相互配合，提高施工熟练程度，缩短单个工序时间消耗。

④ 缩短岩巷移耙斗装载机时间。每掘进30 m前移耙斗装载机，并将耙斗装载机前移时间控制在2班。

图2 优化后的正规作业循环

4 优化效果分析

1）单进水平提升

通过对掘进方案进行优化，优化后25011工作面底板岩巷掘进头实现了日进尺6 m，月单进突破160 m的技术目标，其中25011工作面底板岩巷2017年1月份验收进尺163 m。

2）岩巷快速掘进作业线

本次试验岩巷单进实现突破，受益于配套的岩巷生产作业线：气腿式凿岩机+耙斗装载机+胶带输送机。采用多台YT28型气腿式凿岩机平行作业同时打眼，然后进行装药、放炮；装载运输：采用P-60B耙斗装载机将矸石耙到800

型胶带输送机上，然后转至溜煤眼，通过箕斗运至地面；支护工艺：采用KMQT-130/3.1气动振动式锚杆钻机打眼，经过现场试验两帮锚杆滞后耙斗装载机进行补打；锚索滞后迎头10 m进行补打；耙斗装载机距迎头大于10 m后采取必要的措施，耙渣作业与迎头作业同步进行。做到迎头打钻、打锚索铺网、补帮锚杆(耙渣)同时作业。使用功率30 kW，耙斗容量0.6 m3的耙斗装载机装岩；使用800型胶带输送机运矸，提高了运输的安全性，实现工作面矸石连续运输，形成了装岩、运矸作业一条线，保证工作面正规循环，提高掘进速度。

5 结语

1）气腿式凿岩机+耙斗装载机+胶带输送机作业线是当前比较适宜于金明煤矿地质条件的作业线。坚持正规作业循环作业，优化后25011工作面底板岩巷掘进头实现月单进突破160 m的技术目标。

2）巷道顶板条件较好时，少打一根锚杆节省支护时间8 min，少打一根锚索节省支护时间30 min左右，合理降低锚网支护密度，有利于节约锚杆（索）施工时间，且巷道不喷浆，减少一道施工工序，节省材料成本和施工时间。