深井硬岩大断面巷道快速掘进技术

深井硬岩大断面巷道快速掘进技术

崔伟

中煤能源鄂尔多斯伊化矿业资源有限责任公司

内蒙古自治区鄂尔多斯 017300

摘要：时下, 国内的岩巷掘进工程大多采用较为传统的普通钻爆法或以钻爆法为主的岩巷机械化作业。这样的施工方式不仅单进低、费用高, 还会造成采掘工作接替紧张,最终严重影响矿井的安全生产。工程领域亟需从岩巷所处地质条件出发的,合理的岩巷综掘一体化技术以及相关的管理体系,以确保矿井安全、高效的生产工作。

关键词：深井硬岩大断面巷道；快速掘进技术；

目前，我国煤矿综采、煤巷综掘技术均达到世界先进水平，具备了在国际煤炭市场竞争的能力，但岩巷的掘进速度和机械化水平都明显落后，与20 世纪80 年代相比，掘进技术和机械化程度变化不大。重型悬臂式掘进机配梭式矿车、带式输送机作业线，仅在国内部分煤矿处于试验阶段，并没有实现工业性应用。

一、深井硬岩大断面巷道快速掘进技术

1.掘进机选型及截割工艺优化。破岩是巷道掘进的首要工序，我国煤矿岩巷掘进基本采用钻爆法，普遍使用的钻机由于巷道断面大，围岩硬度大，传统的爆破技术打眼工序繁琐，爆破效果不好，不能满足快速掘进的需要，因此选用了以掘进机为主的综掘作业线。掘进机设计用于大断面巷道的快速掘进，可截割f≤13 的硬岩。在截割特别硬的岩石时对冲击载荷的高承受力，且具有高耐磨性，是集截割、装运和行走于一体的综合掘进设备。截割巷道断面大，截割部采用全封闭，给掘进机司机提供了舒适和安全的工作环境。掘进机采用智能化截割控制系统，操作更简单，采用集中润滑系统，设备维护更方便。试验期间的截割工艺: 先截割起拱线以上，1次只能截割1 个锚杆间排距，截割完毕后采取临时支护、打设锚杆、挂网等措施，然后进行挖底，每班最多施工2 个循环，每班循环进尺2 m，截割成为制约进尺的最主要因素。改进后的截割工艺: 先进行底部掏槽，掏槽深度800 mm，然后退机挖底、排矸，将掏槽内的矸石排干净，将掘进机铲板推至掏槽内，截割到起拱线以上部位，每次截割2 个锚杆间排距，完毕后再进行锚杆支护、挖底，再施工1 个小循环，这样每班就能施工1个大循环和1 个小循环，每班循环进尺达到3 m。装运是掘进工作的重要工序，与掘进机配套的连续式运输设备组成了机械化装、运一体化矸石运输系统，是提高综掘工作面单进水平的重要保证。前期掘进机配套运输流程配套运输系统使用的移动矸石仓存在以下缺点: ①移动矸石仓为有轨行走，轨道必须紧跟掘进机，造成铺设轨道困难。②移动矸石仓体积大，拐弯不便，适用于平直的巷道。③卸矸刮板输送机机头处前探距离短，每次只能装1 个车皮，造成频繁倒车，隔一段距离需设1 个车场。改进后的掘进机配套运输流程新的辅助运输系统通过技术改造，桥式转载机后部直接连接带式输送机，采用小角度连续拐弯技术实现了带式输送机的弯曲连续运输，保证了巷道的连续生产。实现带式输送机联动，由原来1 名工人控制1 台带式输送机，改为1 名工人控制2 ～ 3 台带式输送机，减少了辅助运输人员，提高了工作效率。扒矸过程中尽可能把矸石平摊, 避免堆积。迎头扒干净以后,再统一将装岩机的滑轮定位在距离迎头15～20m处。装岩机连续扒矸,侧卸装岩机进行前后运动, 以配合扒矸。中间15m的预留空间内,继续安设两帮、顶板锚杆。当下半部炮眼施工进行到一半的时候,则由放炮员、班长以及其他空闲人员开始对上半部分的炮眼进行装药, 然后集中给下半部分炮眼装药。这时候,放炮员和班长开始联线,按照规定放炮。如此一来就可以实现出矸、打眼、安设锚杆的平行交叉作业,大幅度缩短循环时间。

2.巷道支护设计。支护是巷道掘进的又一重要工序，深部“三高一扰动”的复杂地质力学环境给井下支护工作带了极大的困难，从而影响了掘进速度。尤其是高地应力、开采扰动使深部硬岩具有了一定的塑性特点，主要有3 个特性: ①脆—延转化; ②流变特性; ③扩容性质。3 个特性导致巷道开挖后，围岩应力调整，同时伴随着围岩的较大变形，在应力调整过程中。如果支护系统刚度过大，一方面围岩变形得不到释放，围岩内积聚较大的能量，另一方面，同一变形条件下，支护系统内积聚相对较多的能量。高能态的支护系统趋于向低能态转化，能量的释放易造成锚杆破断。因此，应在不破坏围岩本身承载强度的基础上，充分释放变形能，选取具有充分柔度同时又具有足够强度的支护体支护。原临时支护采用喷浆技术，费时费力并导致工护的支护面积小、支护效果差、安全性低。巷道永久支护设计根据深部巷道围岩的变形破坏机理，针对辅助运输大巷工作面的具体情况，采用工程类比法和理论法相结合的方法进行耦合支护设计。作面环境恶劣，而传统的前探梁和窜前管梁临时支在锚网耦合支护围岩变形趋于稳定时，即最佳支护时间，掘进工作面后方30m 左右，按照耦合支护原则施加关键部位锚索支护，能够最大限度地实现锚索的预应力耦合效应。

二、工程上的困难与对策

1.工程相关部门铺设了可移动式的高角度胶带，在完成安装后,因坡度大,碴块的重力远大于其与胶带间的摩擦力,碴块在机尾不断翻滚、打滑无法运走。经过生产实际分析研究,工程部门认为该问题主要是由于碴块与胶带间的摩擦力太小导致不能将碴块拉走,进一步造成了碴块的翻滚,直接的影响了机尾人员的人身安全。实际操作中该工程相关单位采用了以下方法: 首先, 在高角度胶带上覆盖一层旧胶带, 既能增加碴块与胶带间的摩擦力,又能有效解决碴块翻滚难题;其次,在高角度胶带上每隔5 米铆一块500mm×500mm的胶带补丁,从而进一步增大摩擦系数。通过以上方法,既解决了胶带运输的问题,又能防止大坡度上山运输胶带滚渣伤人。由于坡度相对较大,巷道掘进过程不断出现“底高”问题,需重新从后路卧底开始返工, 严重的影响了掘进进度。经组织调度室、生产技术部人员现场跟班后发现,区队在轮尺画线点眼的过程中,掏槽眼的位置偏上,底眼的设计不合理。工程相关部门及时组织技术人员针对实际情况制定、完善了相关的科学合理的炮眼布置图。首先,增加了掏槽眼数量,将掏槽眼的位置下移至基拱线以下, 以解决底眼爆破效果差的问题, 同时,在原有的基础上增加了一排底眼, 并切增加了底眼的装药量。矿领导多次带领相关科室人员到区队班前会议上进行讲解,使得井下工作现场的操作、验收人员对这个问题都有了深刻的认识, 从而彻底解决了这一困难。

2.喷浆与掘进之间的矛盾随着巷道掘进速度不断增加, 相关领域的工作人员逐渐发现传统的两掘一喷的组织模式, 在喷浆工作中已经不能全面满足生产需要, 同时,喷浆的质量也在不断下降。经过认真的研究施工队伍实际情况,相关部门提出并落实了三掘两喷的新工作模式。在巷道内投入两台喷浆机与一台跟头渐进来进行初喷作业, 另外一台滞后迎头进行复喷作业。喷浆班次的安排由过去的一个班次增加到两个班次,如此一来既解决了喷浆速度问题又提高了喷浆的质量与效果。

结束语：当代工业发展要求我们摸索、总结特殊条件下的大断面岩巷的系统优化综合设计与快速掘进工艺,同时为以后类似条件下的岩巷掘进工程提供实际经验和相关依据。在此,本文笔者希望能为以后不同条件下的岩巷掘进提供经验和依据,并为进一步成熟和完善大断面岩巷下山的快速掘进技术起到奠基和推动作用。

参考文献：

[1]薛鹏,等.岩巷快速掘进技术的研究[J].煤矿现代化,2018,6.

[2]宋合聚, 等. 庚组半煤岩巷道快速掘进技术的研究与应用[J] . 煤矿现代化,2017,6.

[3]张献波.大断面岩巷快速掘进技术在矿的应用[J].河北煤炭,2016,2