大断面岩巷综掘快速掘进技术应用

胡加振

（河南省许昌新龙矿业有限责任公司梁北煤矿，河南 许昌 461000）

随着各种采掘设备在煤矿生产建设过程中被大量投入使用，机械化设备的投入要求井巷工程断面不断加大，同时开采效率的不断提升又要求必须加快井巷工程的掘进速度。目前采煤及煤巷掘进效率已取得较大发展和提升，但岩巷掘进装备水平及掘进效率和速度相对较低，岩巷掘进在很多矿井已经成为制约矿井生产能力的一项重要因素[1-2]。对岩巷快速掘进技术的研究及应用推广将有效缓解矿井接替紧张局面，对提升矿井生产能力具有重要意义。基于此，以梁北煤矿21091 中底抽巷为工程背景，提出机掘法岩巷快速掘进技术并进行工程实践，取得了良好效果。

1 工程概况

梁北煤矿矿井设计生产能力2.40 Mt/a，属于煤与瓦斯突出矿井。21091 中巷底抽巷位于该矿21 采区东翼，北部为21071 机巷底抽巷，南部为设计的21091 机巷底抽巷，对21091 中巷底抽巷掘进无影响。21091 中底抽巷巷道设计长度1 382 m，设计标高-709.34～-748.1 m，巷道布置在太原组上段岩层（L7～L9）内，岩层赋存较为稳定，掘进过程中所穿层位从下向上主要揭露的标志性岩层岩性依次为：

1）砂质泥岩厚度为7.24 m，深灰色，含炭质及植物化石碎片。顶板与L8灰岩接合处有一16 煤线，厚0.05～0.2 m。一16 煤线下方2.1～2.4 m 为一15煤线，厚约0.1～0.25 m。

2）L8灰岩厚度为4.12 m，浅灰色，致密坚硬，含少量方解石脉，滴盐酸剧烈冒泡。

3）砂质泥岩厚度为0.9 m，深灰色，含炭质及植物化石碎片。

4）一17 煤线厚0.1～0.25 m。

21091 中底抽巷巷道断面设计为直墙三心拱形全岩断面，巷道断面尺寸为净宽4.8 m、净高4.0 m，掘进断面18.11 m2。该巷道主要用于抽采工作面瓦斯掩护21091 工作面掘进、回采及用于21091 工作面进行底板加固作业。梁北煤矿原岩巷掘进采用“钻爆法”掘进施工工艺，即使用YT28 风动凿岩机打眼、爆破落岩、挖装机装岩配合刮板运输机和皮带将岩石运出的作业方式，月进尺60 m左右，掘进速度较慢，不能满足矿井采掘接替生产需要。

2 岩巷快速掘进主要制约因素分析

2.1 地质条件因素影响

巷道围岩性质对岩巷快速掘进制约影响较大。21091 中底抽巷布置在太原组上段岩层（L7～L9）内，岩性多为砂岩，岩石普氏硬度系数7～8，即岩石的单向极限抗压强度值为70～80 MPa。矿井原采用的EBZ-160 型掘进机掘进作业切割岩石的最大抗压强度为70 MPa，因此当遇到岩石普氏硬度系数大于7 时，该掘进机将会处于高负荷运行状态，不仅会增加掘进机截割部的截齿损耗程度和设备的损坏频率，增加设备的维护和使用成本，而且大幅度降低截割运行速度，造成掘进效率低。

2.2 掘进装备因素影响

岩巷掘进作业工序主要分为 “破- 装- 运-支”四个步骤，这四个工序环节都需要使用机械设备，传统的钻爆法机械化作业线采用设备是气腿式凿岩机+ 装岩机+ 刮板输送机，在实际掘进作业过程中，由于运输线路长、运输环节多需要多部运输设备配合进行，当其中一台设备发生故障时将会影响整个工作面掘进作业，对巷道快速掘进速度起着较大制约作用[3-4]。

2.3 作业环境因素影响

岩巷掘进作业期间爆破及使用掘进机截割作业时容易产生大量岩尘，相比煤巷掘进产生的煤尘，岩尘的危害性更大[5-6]。作业期间产生出的大量岩尘不仅增加机械设备磨损，而且造成作业环境恶化，使巷道内的能见度大幅度降低，影响工人的视线，降低了作业效率，同时对人员的身体健康也带来了极大危害。

3 快速掘进技术优化

3.1 岩巷掘进机械化作业线优化

为解决原岩巷掘进采用气腿式凿岩机+ 装岩机+ 多部刮板输送机机械化作业线存在设备故障率高、效率低的问题，在21091 中底抽巷掘进时配置了EBZ318 悬臂式综掘机、桥式转载机和可伸缩式带式输送机（设备布置如图1 所示）。EBZ318 型悬臂式综掘机截割强度最大可达到130 MPa，可满足普氏硬度系数f＜10 的岩层截割需求，在21091 中底抽巷掘进过程中可直接用于截割岩石，解决钻爆法打眼爆破时间长、工序多、安全性低的问题，同时也减少人员投入，大大提高了掘进工效和掘进速度。

图1 21091 掘进工作面设备布置

桥式胶带输送机+ 可伸缩式带式输送机的配套使用能够保证在巷道向前掘进过程中随着巷道的延长只需延伸带式输送机长度即可，解决了原每掘进50 m 需增加一部刮板输送机问题，减少巷道内布置设备的数量，且带式输送机易于检修维护，设备故障率低、运行效率高。

3.2 支护设计优化

根据巷道掘进过程中揭露的围岩性质及巷道顶帮情况，采取差异化支护方式进行支护作业。

21091 中巷底抽巷采用锚网+锚索支护，巷道顶部一16 煤线以上设计布置10 根锚杆，选用φ22 mm×2 200 mm 左旋无纵筋螺纹钢普强锚杆； 帮部一16 煤线以下选用φ22 mm×2 600 mm 右旋螺纹钢等强锚杆。巷道两帮各布置3 根，锚杆间排距800 mm×1 000 mm（当顶板破碎时，锚杆间排距调整为800 mm×800 mm）；每根锚杆使用MSK2550和MSZ2550 型树脂药卷各1 支进行锚固； 托盘规格140 mm×140 mm×10 mm；φ5.8 mm 钢筋网，规格1 000 mm×2 000 mm，全断面挂网；顶部使用钢筋梯子梁，钢筋梯子梁使用φ12 mm 圆钢加工,沿巷道断面横向布置。锚索选用φ21.6 mm×8 000 mm 钢绞线，锚索按“2-1-2”五花布置，‘2’和‘1’排距为2 000 mm,‘2’和‘2’间距为4 000 mm（当顶板破碎时，锚索间排距调整为1 600 mm×1 600 mm）；托盘规格300 mm×300 mm×20 mm；每根锚索使用1 支MSK2550 和3 支MSZ2550 型树脂药卷进行端头锚固。巷道支护设计如图2 所示。

图2 21091 中底抽巷巷道支护设计

3.3 作业环境优化

为降低掘进作业期间产生的岩尘，改善作业环境，在21091 中底抽巷掘进工作面安装一套KCG-500D 型干式除尘设备，除尘用抽出式风机和工作面掘进用压入式风机均选用功率为2×45 kW通风机。两套风机风筒采用长压短抽方式布置，即将除尘用抽出式风机风筒安装在距掘进工作面迎头不大于3 m 位置，压入式通风机风筒布置在距迎头10～15 m 位置（除尘器布置如图3 所示）。当除尘器开启后，其配套的抽出式通风机在迎头形成负压，将工作面迎头产生的粉尘抽入到除尘器内进行除尘处理。21091 工作面安装除尘器后，巷道掘进作业期间经现场检测结果显示总除尘效率达到90%以上，大大降低了巷道掘进作业期间粉尘浓度，不仅减少粉尘对职工身体健康的危害，同时也提高了作业现场能见度，改善现场作业环境，为巷道快速掘进创造了有利条件。

图3 21091 中底抽巷除尘器安装布置

3.4 优化生产组织

（1）加强作业人员培训，提升人员素质。新技术掌握往往靠一线职工，职工素质直接制约着技术的应用情况，甚至有些时候人员素质及主观能动性比技术更重要，是快速掘进能否成功的一大关键。因此，要安排设备厂家和专业技术人员对职工进行新设备和新工艺的理论学习和现场实操培训，使工人能够熟练掌握设备的使用维护和操作工艺流程。

（2）优化施工组织和管理。根据现场施工实际情况，将原来“三八”制作业方式调整为“滚班”制作业，即细化分工，以工序做考核，各种技术工人以完成相应工序为目标，将原来的工作时间考核转变为工作量考核，激发职工积极性。例如以前按照正规循环作业图表施工，不论当班接班时是何种工序将继续施工，工作八小时有人来接班，往往工作效率低下。滚班制是将整个掘进过程划分成四个重要工序，截割装矸、排矸、锚杆施工、喷浆，作业人员根据个人技能所长重新分配进入相应工序小组内，四个工序小组按照计划进行作业，工作小组作业快的可提早收工、作业慢点就延后收工，原则上不再受施工时间限制。

4 应用效果分析

21091 中底抽巷通过采取提升机械化作业装备水平、优化支护设计、改善作业环境及优化施工组织管理等措施，该掘进工作面月平均进尺由原来“钻爆法”作业方式的60 m 提升到220 m 左右，作业人员比原作业方式减少4 人/ 班，掘进单进水平和掘进效率得到大幅度提升。采用优化后的锚网支护工艺后，通过对现场巷道矿压监测数据进行分析，在观测时间内，巷道顶底板移近量最大为108.3 mm，帮部位移量最大为82.4 mm，巷道围岩变形量较小，巷道支护效果良好。同时，21091中底抽巷掘进速度的大幅度提高，使工作面贯通和回采时间提前将近5 个月，有效缓解矿井接续紧张局面。

5 结语

梁北煤矿在21091 中底抽巷岩巷掘进工作面采用EBZ318 悬臂式综掘机+ 桥式转载机+ 带式输送机+ 干式除尘器的综合机械化作业线进行巷道掘进作业，解决岩石硬度大、设备故障率高等问题。同时根据地质条件采取巷道差异化支护，并通过优化作业环境和施工组织等综合技术措施，实现18 m2大断面岩巷硬岩巷道快速掘进，使巷道平均月进尺达到220 m。该技术的成功应用，有效缓解矿井接续紧张局面，为类似条件矿井岩巷快速掘进提供了技术参考，具有推广应用价值。