坚硬岩层巷道快速掘进技术研究

张 磊

（汾西矿业集团高阳煤矿，山西 孝义 032300）

引言

现阶段我国矿井坚硬岩层巷道一般采用钻爆法掘进，主要设备包括有气腿钻机、耙矸机、全液压钻机等为主[1]。部分矿井为了提高岩巷掘进效率采用悬臂式掘进机，现场应用过程中存在破岩效率不高、粉尘产生量大，巷道掘进进尺维持在80 m 左右。近些年来，随着掘进技术不断发展以及锚掘一体机、综掘机等设备应用推广，巷道掘进进尺有所提升，特别是煤巷掘进进尺可达到500/月，但是岩巷掘仍面临掘进速度慢问题。现场分析发现制约岩巷高效掘进的主要方面为凿岩设备以及施工工艺，以山西某矿北翼运输大巷掘进为工程背景，对岩巷快速掘进技术展开研究，以期为其他矿井类似情况下坚硬岩巷快速掘进提供经验借鉴。

1 工程概况

山西某矿现阶段开拓集中在北翼，机会在2022 年内开拓完成北翼运输、回风大巷，从而为北翼3#煤层回采创造条件。根据已有探测资料显示，北翼运输大巷施工范围内地质条件简单，掘进过程中预计会揭露SF9（H=0 m～7 m，123°∠51°）、FD31（H=0 m～3 m，107°∠62°）、FD42（H=0～3m，112°∠67°）等断层，巷道掘进至断层带时围岩破碎，会给巷道正常掘进带来一定制约。

北翼运输以及回风大巷设计断面均为直墙半圆拱型，巷道净断面为23.6 m3，沿着坚硬的砂岩层掘进，设计掘进长度接近10 000 m，2021 年度巷道掘进进尺应在3 950 m 以上。若北翼运输大巷采用传统的人工钻进炮眼、炮掘方式掘进，则单月进尺量平均为80 m，无法实现巷道掘进任务。

2 巷道快速掘进技术

2.1 巷道掘进设备改进

矿井巷道掘进过程中设备工作效率不高、功率小以及自动化程度低等制约巷道掘进效率的一个重要方面。提高掘进设备自动化程度以及作业效率是提高岩巷掘进速度的一个重要途径。为此，矿井提出下述掘进设备改进措施：

采用CMJ2-35 凿岩台车配合Φ43 mm 钻头、B38 mm钎杆施工炮眼等替代以往的YT-27 凿岩机施工炮眼，具体凿岩台车结构，如图1 所示。采用的CMJ2-35 凿岩台具有凿岩硬度高、施工速度快等优点，可大幅降低炮眼施工以及正规循环耗时；凿岩台车悬臂稳定性以及灵活性较好，可根据设计需要快速实现炮眼深度、角度以及间距等定位，不需要人工校准；凿岩台车施工过程中不产生废气，不会污染掘进迎头空气质量[2-3]。

图1 CMJ2-35 凿岩台车结构图

采用LWLX-120 装载机代替9-90B 耙矸机装矸。LWLX-120 装载机将矸石移动到机载刮板输送机上，刮板输送机从机尾将矸石转运至转载机、胶带输送机。采用的LWLX-120 装载机具有扒取范围广、推进力大、全断面装岩等优点，运行通过先导阀控制，便于操作、可靠性强；装矸速度快、腾挪耗时小，可显著减少正规循环耗时。

改进MYT-120/320C 锚杆钻机。现阶段矿井已使用MYT-120/320C 锚杆提高围岩支护效率，但是MYT-120/320C 锚杆钻机配套使用有液压泵、馈电开关等设备，同时上述设备笨重，频繁前移需要耗费大量人力。为此，提出将MYT-120/320C 锚杆钻机及附属液压泵、馈电开关等装载到LWLX-120 装载机上，并采用护板保护上述设备；炮眼放炮后掘进迎头支护、出矸等可平行开展[4]。通过改进不仅可提高掘进设备使用效率、降低作业人员劳动强度，避免频繁移动大型设备、提高安全系数。

2.2 掘进工艺改进

2.2.1 施工安排优化

对岩巷掘进工艺进行改进，进可能实现各个工序平行作业。具体改进后的正规循环工艺为：炮眼施工→连线装药→炮眼爆破→出矸及顶板支护→围岩初喷→巷帮支护→围岩复喷。上述7 个循环为一个正规作业小循环[5]。将巷道掘进作业方式由“一掘一锚、二掘一喷”方式改为“一掘一喷（包括初喷及复喷）”，同时喷浆作业可与掘进作业平行开展，将“三八”工作制优化为“四八”工作制，提高巷道掘进效率[6]。

2.2.2 爆破优化

通过对爆破进行优化，可提高巷道单循环掘进进尺，同时降低循环次数以及后续辅助作业工作量。依据掘进巷道岩层岩性、以往爆破效果等，提出通过中深孔爆破代替以往的浅孔爆破，提高破岩效率。现场应用后，掘进迎头炮眼利用率由85%提升至95%，同时单个循环掘进进尺也平均增加0.5 m 以上，每月60 个掘进循环，则巷道每月掘进可增加30 m 以上。

具体矿井不同施工方法下巷道掘进效率对比情况，如表1 所示。

表1 不同施工方法下巷道掘进效率对比情况

3 应用效果分析

矿井通过使用CMJ2-35 凿岩台车、LWLX-120装载机以及液压锚杆钻机，提高了炮掘巷道施工效率。凿岩台车炮眼施工效率较传统的人工风钻施工效率高2 倍以上，掘进迎头共计布置65 个炮眼，采用人工风钻施工时炮眼耗时约为5.0 h～6.0 h，而采用凿岩台车时炮眼施工耗时控制在1.5 h 左右，施工耗时减少3.5 h～4.5 h。凿岩台车施工炮眼时环境相对更好、也更为安全。采用的LWLX-120 装载机相对于耙矸机具有出矸效率高、劳动强度小以及施工便捷等优点，可减少余矸清理以及设备移动耗时。现场应用过程中LWLX-120 装载机出刊耗时控制在50 min 左右[7]。

通过炮眼施工参数、施工组织优化以及大功率机械化设备的应用，矿井东翼运输大巷掘进效率得以有效提升，巷道单循环进尺量2.1 m、月正规循环次数为78 次，巷道掘进进尺平均可达到163 m，为矿井北翼采区快速开拓创造了良好条件。

4 结语

对坚硬岩巷炮掘施工工艺进行优化，具体将是将先进的、大功率机械设备应用到炮掘施工、矸石装载、锚杆支护等工作中，通过降低爆破、装矸以及支护耗时为巷道掘进赢取时间；同时通过合理组织施工安排，将“三八”工作制优化为“四八”工作制，提高掘进工作组织效率，优化炮眼布置提高破岩效率。现场应用后，矿井北翼盘区开拓巷道掘进速度由以往的80 m/月提升至160 m/月以上，实现了坚硬岩层巷道的快速掘进，为北翼3#煤层资源早日开采争取了时间。