岩巷快速施工技术在宏阳煤矿的应用研究

朱 丹，王景涛

（山东宏阳矿业有限公司，山东 嘉祥272400）

目前，我国煤矿巷道掘进大多以钻爆法为主，形成了以气腿钻机，全液压钻机，耙岩机为主要设备的工作线，我国部分煤矿采用悬臂掘进机为主要设备。然而在我国很多煤矿中应用的以悬臂式掘进机为主要设备的掘进方法，但最终效果却不理想，岩巷掘进保持在每月80m 左右。同时，近年来随着综掘机和掘锚一体机的发展，煤巷施工速度明显提高，工人劳动强度大幅降低。然而岩巷速度一直没有较大提高，主要是凿岩设备配套和施工工艺需要改进。本文以宏阳煤矿东翼轨道大巷、东翼胶带大巷为工程背景，对岩巷快速施工技术进行研究。

1 工程概况及地质条件

宏阳煤矿现生产任务为两条东翼大巷的掘进，计划2021 年将开拓大巷掘进至3 煤位置，两条大巷总计约1 万m，年度掘进进尺不小于3 925m。若采用耙装机配合人工打眼放炮的方式进行掘进，单月平均进尺约80m，无法完成实现掘进生产任务及开拓至东部采区的预期目标。

根据勘探资料显示，东翼轨道大巷上平巷以里整体地质条件较简单，在巷道掘进范围内将穿过褶曲构造董王庄背斜，轴向北北西，延展长度约3km，向北倾伏。幅度约40m，跨度约1.5km，两翼倾角约3°，巷道前掘区域煤岩层倾角-2°～10°。

根据附近巷道揭露地质情况及勘探资料显示，东翼轨道大巷上平巷以里，掘进可能会揭露4 条断层，为SF9，落差0～7m；FD38，落差0～3m；FD34，落差0～5m；FD43，落差0～3m。断层遇断层时会对巷道掘进施工造成一定影响。

2 施工设备配套改进

2.1 快速掘进装备

目前煤矿岩巷掘进过程中，设备成为制约掘进速度的最大问题，提高岩巷掘进的机械化程度，是实现岩巷快速掘进的有效途径。

1） 引进CMJ2-35 履带式双臂凿岩台车配合B38mm 钎杆、Φ43mm 柱齿钻头施工炮眼，代替原YT-27 型气腿式凿岩机。凿岩台车具有以下优点：①液压凿岩机凿岩硬度高，速度快，极大缩减了施工炮眼及正规循环时间；②液压钻臂转动灵活且具有很好的稳定性，可按照炮眼角度、深度、间距快速准确定位，不需人工进行校准，凿岩爆破后巷道巷道尺寸和表面规整；③由于液压凿岩不必排除废气，没有废气所夹杂的油污造成的对环境的污染，提高工作面可见度，改善施工作业环境。

2）引进LWLX-120 履带挖掘式装载机，代替原P-90B 型耙矸机。履带挖掘式装载机靠履带推进挖取岩石送入自身刮板输送机，刮板输送机从尾部将岩石送入装载机二运，然后送入胶带输送机。挖掘式装载机具有以下优点：①推进力大，扒取范围广，可以全断面装岩，不留死角，不需人工辅助清理工作面；②采用先导阀控制，操作轻松简便，性能可靠；③装岩速度快，减少挪移设备时间，也极大减少了正规循环时间。

3）改进MYT-120/320C 液压锚杆钻机。目前液压锚杆钻机在部分煤矿已得到广泛应用，但宏阳煤矿巷道掘进速度较快，液压锚杆钻机的液压泵及馈电开关需频繁挪移，因设备较笨重，人工挪移困难，制约着岩巷的掘进速度。针对这些问题提出了有效的解决方案：①液压锚杆钻机、液压泵及液压开关安装在履带挖掘式装载机上，并安装防护板；②掘进放炮后履带挖掘式装载机出矸与迎头支护平行作业。这样既提高了设备使用效率，减少工人劳动强度，又避免人工抬运大型设备带来的风险，保证施工安全。

2.2 应用效果分析

宏阳煤矿经过多方考察对比、研究，确定使用CMJ2-35 型履带式双臂凿岩台车、LWLX-120 履带挖掘式装载机、液压锚杆钻机相配合的炮掘施工。履带式凿岩台车采用液压双钻臂，台车凿岩效率高，速度快，是传统人工风钻打眼效率的两倍以上。现巷道迎头灰岩约占全断面的1/2，使用台车施工65 个炮眼时间为1.5h，比3 台人工风钻打眼时间节约3.5～4.5h，大大提高施工效率。同时，台车打眼作业环境相对安全、良好。

履带挖掘式装载机出矸效率高、挖装范围广、全断面装岩、操作便捷、减少工人劳动强度，相比耙装机出矸减少了清理余矸，挪移设备所占用的时间。区队通过控制爆破效果，实现平行作业，实际履带挖掘式装载出矸占用循环时间约50min。

经过实践，履带式双臂凿岩台车、挖掘式装载、液压锚杆钻机配合施工取得较好的效果，宏阳煤矿东翼轨道大巷单炮循环进尺可到达2.7m，单月进尺可达到160m，以后还有可上升空间，为宏阳煤矿下一步开采3 煤奠定了良好的基础。

同时相比传统掘进方式提前2 年到达东部采区，提前创造经济效益，为集团公司以后的发展打下良好的基础。

3 施工工艺改进

3.1 施工工艺

1）工艺流程。对传统施工技术进行细化、优化、科学组织，尽可能安排平行操作。技术人员进行现场跟进，对各工序衔接做好优化，解决窝工情况，并测试优化后工序的耗时情况。经试验测试后，可以将正规循环详细分为：打眼→连线装药→爆破→支护顶部（出矸）→初喷→支护帮部→初喷,而此“七工序”则为1 个小循环。

2）劳动组织。传统“三八”操作体系改进为“四八”交叉并行操作体系。在基于原有3 个班上，在添加1 个喷浆班，然后三个掘进班执行“三八”体系，再由各掘进班完成1 个小循环。喷浆班不再独占用时间，需与十字头班平行操作。而这一操作模式的劳动组织形式，也就是“四八”交叉平行操作体系。交叉掘进班在掘进时，应在排矸机前实施，而排矸机后由喷浆班重新喷入巷道。

3）作业方式。将“一掘一锚,二掘一喷”传统掘进方式改为“一掘一初喷+ 复喷”，其中3 个掘进班，而喷浆班应与掘进班交叉进行施工，并且锚喷巷道喷射混凝土工序需和掘进工序施行平行作业，增加喷浆机, 工作面初喷和履带挖掘式转载机后成巷施工同时进行。

3.2 爆破技术

实施爆破技术，不仅可以提升传统岩巷掘进技术，并且也能使生产逐渐由传统台阶法施工中，以及浅孔多循环框架内释放出来，故而既能改善单循环进尺，也可以使循环次数、辅助作业时间得到有效降低。并且，经过不断地试验、勘探、改进，能够很好地使不同岩性内深孔爆破技术所用到的爆破参数得以全面了解，比如炮孔布置、深度、装药量、封泥长度等，从而使"抽炮"等常见问题能得到很好解决。同时，还能使岩巷光爆的成型质量得到很大提高，其中炮眼的利用率则由之前85%提升了10%。另外，单循环进尺也能增加为0.3～0.7m，若每月按60 个循环计算，那么每月岩巷进尺可增加30m 以上。

3.3 双循环作业法

应坚持正规的循环运行，利用“双循环操作法”，小周期为大周期创造条件，大周期为小周期打好基础，大周期影响小周期，两者相辅相成。“双循环操作法”除了让掘进可以持续且良性进行推进外，也能让小周期正规循环率达到90%以上，大周期循环率可达95%以上。

1）小周期。本次“七道工序”为完成小周期，小周期进尺2.0～2.4m；每天完成3 个小周期，共计6.0～7.2m。进尺小循环拱每排打顶锚7 个，两侧每排打4 个帮锚（爆破前打帮锚）。

2）大周期。基于掘进班掘进小周期良性推进的积极配合下,喷浆班每5 天则可以完成“铺道、复喷成巷”为1 个大周期，其中大周期的进尺则为50～70m。

3.4 快速掘进工艺分析

以下表1 种体现的为近些年来，所应用的普通钻爆法、中深孔爆破及快速掘进施工工艺的技术参数对照表，其中每月工作日按26 天计算。

表1 相关技术参数对照

通过对比三类施工方法、组织形式等，可得出结论为：

1）通过应用深孔爆破技术，最终效果不但有助于提高单次循环进尺，并且也能使循环次数、辅助作业时间很好降低。

2）传统施工技术由“二掘一喷”改进为“一掘一初喷+复喷”，并且每班添加1 个掘进小循环，其效果不但能增加掘进环数，而这也是快速掘进实现的关键所在。

3）“四八”交叉平行作业制、双循环作业法等新技术、新工艺的应用以及精细化管理,是实现快速掘进的关键。

4）坚持正规循环作业是快速掘进的重要保障。就施工管理而言，其重点在于确保掘进班的正规循环，以及提升正规循环率。若想正规循环得以保证，首先在于各种配套设备必须具有备用，只有这样才能在设备损坏后，及时进行修复或更换；其次，调动员工积极性，能让不同时间进入工作员工，充分进行抢循环。因此，必须以正规循环为中心，全面提高掘进、几点、运输、通风的组织及管理。

4 结 论

综上所知，在普通炮掘法的基础上，将快速掘进装备及施工工艺应用于岩巷掘进，在确保其安全和质量的条件下，能够最大限度地完成快速掘进成巷，同时，经过不断地改进" 实践- 总结- 改进"，使得该技术在宏阳煤矿东翼大巷的开拓施工过程中也得到了很好的实践及推广，由之前的月单进80m 增加到了160m，且平均每月进尺可以达到150m。由此可见，这一项技术大大提升了普通炮掘法的掘进速度与单进水平，并且使得矿井采掘关系的紧张度也得到了有效缓解，可见这对于保障矿井高产、高效有着至关重要意义。