大断面硬岩巷道快速掘进技术研究与应用

毋肖飞， 崔 峥， 张建林

(山西兰花科创玉溪煤矿有限责任公司，山西 晋城 048200)

引 言

兰花集团玉溪煤矿设计生产能力为240万t/a，井下共布置2个盘区，1301工作面为一盘区首采工作面，位于玉溪井田南部，东西走向，大采高综采工艺回采3#煤层。3#煤层位于山西组下部，缓倾斜煤层，倾角小于8°；埋深大约在500 m～600 m，厚度在5.12 m～7.20 m，平均5.85 m，纯煤厚度4.62 m～7.00 m，平均5.71 m，结构简单，全区稳定可采。直接顶为均厚2.4 m的泥岩，老顶为均厚5.3 m的中粒砂岩，直接底为均厚1.5 m的泥岩，老底为均厚8.3 m的砂质泥岩。目前井下施工的巷道中，有五个岩巷工作面，分别为三条开拓大巷(中央回风大巷、中央胶带大巷、中央辅助运输大巷)；1302工作面北底抽巷；辅助配风巷。全部采用悬臂式掘进机掘进，悬臂式掘进机是集截割、装运、行走、操作等功能于一体，主要用于截割任意形状断面的井下岩石、煤或半煤岩巷道。由于工作面岩性较硬，掘进机故障频发，严重制约着施工进度。

1 影响岩巷掘进进度原因分析

依据地测防治水科出具的地质预报说明书，实际掘进中辅助配风巷巷道岩性为粉砂岩，深灰色，厚层状，小型交错层理发育，夹细砂条带，含植物化石，见菱铁矿结核。岩石硬度f=5～8，辅助配风巷使用的是EBZ-160型掘进机，该机主要用于煤岩硬度f≤7.5的煤巷、半煤岩巷以及软岩的巷道、隧道快速掘进，能够实现连续切割、装载、运输作业。最大定位截割断面24 m2，最大截割硬度≤75 MPa，纵向工作坡度±16°。

参照地测防治水科提供的巷道顶底板岩性柱状图，中央辅助运输大巷岩性主要为泥岩、沙质泥岩含植物化石及黄铁矿结核和燧石结核，巷道下有约1 m左右比较硬的石灰岩，岩石硬度f=4～7，中央辅助运输大巷使用的是EBZ230综掘机。

中央回风大巷岩性主要为泥岩、沙质泥岩及细粒砂岩，使用的是EBZ260综掘机。

1302北底抽巷岩性主要为泥岩、层理发育，底部有一层深灰色石灰岩较硬。

中央胶带大巷岩性主要为泥岩相对较软。

从以上地质资料分析，除中央胶带大巷外，其它工作面岩性都比较硬，对综掘机的磨损和伤害都比较大，再加上设备维修保养不到位和司机素质参差不齐，一季度综掘机故障影响586个小时约等于36 h；3月25日到4月10日，五个岩巷工作面有四个掘进机轮番故障，从实际完成进尺可以看出，岩性硬度变化和掘进速度关系是岩性越硬单月进尺越少；岩性越硬，综掘机故障越多。因此，在岩巷掘进中遇到比较硬的岩石时，就会影响切割速度，如果司机不熟练或操作不当，就会由于截割负荷超过额定值，导致截割电动机快速升温。截割电动机过负荷造成截割臂轴承、减速器轴承或齿轮损坏、截割电动机损坏或截割臂、截割减速器的故障等。

2 解决方法

根据以上原因分析，影响岩巷掘进的主要原因为悬臂式掘进机机械故障，当巷道遇到比较硬岩时，由于目前悬臂式掘进机配置型号达不到相应岩石硬度系数所要求配备的大功率岩巷道掘进机，重新购买需要投入大量资金。因此，考虑用现有的掘进机械来解决岩巷快速掘进问题为上之政策。如何让坚硬的岩体松动，就是当前要考虑的问题，于是松动爆破先将岩体松动，再用现有的综掘机掘进。松动爆破原理是使爆破对象成为裂隙发育体，不产生抛掷现象或产生轻微抛掷现象，爆破增大了岩体的破碎程度，产生裂隙，减少综掘机的切割阻力，减少综掘机刨头损坏程度，从而实现快速掘少。

3 方案提出

松动预裂爆破+掘进机掘进。松动预裂爆破技术是指充分利用爆破能量，使爆破对象成为裂隙发育体，不产生抛掷现象或产生轻微抛掷现象的一种爆破技术。它的装药量一般为标准抛掷爆破的40%～50%。松动爆破又分普通松动及加强松动爆破。松动预裂爆破后岩石只呈现破裂和松动状态，形成松动爆破漏斗，爆破作用指数大约≤0.75。使硬岩松动产生大量裂隙，起到软化巷道硬度的作用，又不产生强大的冲击波和避免产生岩石抛掷现象，对工作面的掘进机及其它设备撤离一定距离并加以保护。

然后进行正常的综掘工艺，以解决机械化掘进遇到硬岩的难题，从而减少掘进机故障，提高岩巷掘进速度。

4 松动预裂爆破+掘进机掘进方案的注意事项

4.1 不耦合装药的机理

利用不耦合装药(即药包和孔壁间有环状空隙)，炸药直径小于炮孔直径，炸药与炮孔壁之间留有间隙,由于炸药药卷直径基本固定，所以炮眼直径的大小决定药卷与炮眼的间隔，不耦合装药必须留下足够间隔，才能达到松动爆破效果。国内岩巷掘进均采用直径32 mm、35 mm两种药卷，所以选择炮眼直径45 mm～48 mm，使间隙达到13 mm～16 mm，为松动爆破创造良好的装药条件，这样才能达到最佳爆破效果。

4.2 炮眼布置与装药

中孔松动预裂爆破参数的选择和装药量计算是关键。松动预裂爆破的最终效果是爆破对象成为裂隙发育体，不产生抛掷现象或产生轻微抛掷现象。因此，依据岩性特征和工作面迎头实际情况计算炮眼深度，孔间距以及装药量起爆顺序等，由于井下各工作面实际岩性、断面参数不一样，每次放炮都不一样，比如，工作面迎头岩性坚硬系数高的需要多打眼，炮眼间距缩小，孔深增加，装药量增加。并根据每次爆破后的情况进行总结完善，形成一套适合本矿特点的松动预裂爆破技术。

4.3 瞎炮防治与处理

如果在松动预裂爆破中产生瞎炮，将对后期综掘带来安全隐患，因此必须杜绝产生瞎炮，这就要必须严格按照爆破作业规程和安全措施执行。其中有九条预防产生瞎炮的措施，在此不再赘述。

4.4 掘进机掘进注意事项

注意切割顺序和循环进度，松动预裂爆破后，掘进机司机应该先从裂缝开始切割，先裂隙后岩体，先软后硬；放慢循环进度，压力增加时，减少炮头接触面，空转微接触，截割头转速放慢以减小截割头对巷道围岩的震动。

5 预期效果(包括预计创造价值或产生的影响等)

根据一季度掘进机故障影响天数每个工作面取起平均值(除去春节放假)，每个岩巷掘进面平均每月影响在4.5 d左右，表1是3月份岩巷掘进工程量完成表。

表1 2019年3月岩巷掘进工程量完成表

如果实施松动爆破并加强掘进机维修保养，即使完成月度计划的80%，也将增加井巷进尺136 m；如果施工组织管理到位，岩巷按月平均进尺100 m计算，将提高352 m进尺。一米单价按1万元计算，每月将多完成352万元工程量。

6 结语

虽然松动爆破在一定程度上能提高岩巷掘进效率，但岩巷掘进效率的提高是多方面因素综合的结果，这就要求综掘机司机根据现场实际情况熟练掌握操作技巧，根据岩的软硬程度掌握好机器推进速度，避免发生截割电机过载或压死刮板输送机等现象，切割时应放下铲板。如果落岩量过大而造成过载时，司机必须立即停机，将掘进机退出，进行处理。为减少设备故障，就加大设备维修保养管理，配齐配足备品备件，充分利用生产空闲对设备进行维修保养，千万别等到使用坏了的时候才进行维修。另外加强生产组织管理，尽可能平行作业，多总结多思考，进而形成一套适合玉溪的岩巷道快速掘进施工工艺。本人经过多方咨询其他类似矿井和查阅大量相关书籍，试着提出一些改进岩巷快速掘进的意见和方法，不妥之处望领导及各位同仁批评指正。