岩巷快速掘进技术的探索及应用

张冠华

（冀中能源股份有限公司 邢东矿，河北 邢台 054000）

0 引 言

岩巷掘进施工是煤矿布置采区巷道的重要组成部分，而长期以来，我国岩巷掘进设备落后、工艺落后、机械化程度低。制约岩巷掘进施工的主要因素是凿岩、装运、支护，优化凿岩、装运、支护的效率，提高掘进施工效率，对岩巷掘进施工很有必要。通过设备升级、技术革新提高凿岩、装运、支护工序的机械化程度，改善、优化施工工艺，在安全的前提下最大化平行作业，合理接续各工序，充分发挥设备优势，综合提高掘进效率。邢东矿引进了一种集凿岩、支护与装运于一体的高效综合掘进设备—煤矿用钻装锚机组进行岩巷进尺，钻装锚机组投入使用后，提高了煤矿岩巷掘进机械化作业水平，提升了掘进速度，使掘进施工作业更加安全，同时节约人力物力，解决了岩巷掘进效率低、工艺落后的生产难题[1]。

1 煤矿岩巷快速掘进技术现状

随着经济的发展，我国以煤炭为主的能源结构长期存在，对煤炭需求增大的情况长期不变，这就导致煤矿的开采力度逐渐提高，易采煤炭减少，煤矿开采逐步面临环境差、难度大、复杂度高的困境。同时，煤矿行业内的各个企业为确保自身竞争力，在日益激烈的竞争中占据一席之地，必须通过更安全、更高效的方式来实现。从目前来看，我国对于煤矿的开采多是以岩层为基础，通过布置岩石大巷贯通煤层，从而实现煤层的开挖，因此岩巷快速掘进技术在煤炭供不应求的行业背景下、在煤矿大区接替紧张的情况下应运而生。岩巷快速掘进技术既是通过采用新技术、新设备，充分发挥设备优势，优化施工工艺，在提高安全系数的前提下，逐步提高岩巷掘进效率，有效缓解矿井大区接替紧张的情况，确保矿井煤炭开采稳步提升。

2 岩巷掘进工作面支护参数

邢东矿核定生产能力125 万t/a，主要生产地区集中在-760 水平，按矿井生产情况，必须加快1300 采区准备巷道的掘进，确保1300 采区首采面按时达到出煤能力。

（1） 巷道规格：5 000 mm×3 600 mm（净断面），拱高2 600 mm，起拱线距底板1 100 mm。

（2） 支护方式：采用全断面锚喷支护方式，采用φ22 mm×2 400 mm 螺纹钢高强锚杆，间排距为800 mm×800 mm，顶板采用φ21.8 mm×8 500 mm19 股钢绞线锚索加强支护，五花眼布置，间排距1 600 mm×1 600 mm；喷射混凝土C20，喷厚100 mm。

（3） 施工质量要求。

锚杆：间排距允许误差为±100 mm，外露长度10 ~ 50 mm，预紧扭距不小于450 N·m，锚固力≥125 kN。

锚索：预紧力≥120 kN，外露长度150 ～250 mm。

铺连网要求：所有网片符合设计要求，网应铺展铺平，网的搭接长度不小于100 mm，并每隔200 mm 用双股14 号网丝连接一道，双扣拧紧。

锚杆角度：顶帮锚杆角度符合设计要求，误差±15°。

巷道支护断面示意如图1 所示。

3 岩巷掘进工作面爆破参数

采用爆破方式进行岩巷施工，爆破器材使用煤矿二级许用乳化炸药，药卷规格为φ35 mm×210 mm，重200 g，使用Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ段煤矿许用毫秒电雷管，FD-200D 直流型发爆器起爆。

爆破参数如下：

图1 巷道支护断面示意Fig.1 Roadway support section

4 岩巷快速施工工艺

4.1 原始施工工艺

采用7655B 型气腿式凿岩机打爆破眼，装药爆破，使用P-60B 型耙岩机配合4OT 型刮板输送机连续出货。

该施工方法工艺简单，使用范围广，巷道断面大小对该工艺不造成影响，且通过多台凿岩机的协同配合及打眼、装岩的错位平行作业可以有效提高施工效率[2]。但该工艺同样存在许多不足：一是机械化水平低、安全系数低、劳动强度大；二是操作人员对设备的熟练程度决定着施工效率，稳定性差；三是工作环境差、巷道迎头积货多、湿式作业造成耙岩机出货稀泥多，每循环扒装时间需2~3 h，每进尺40 m 就需要倒一次系统，进行迎头出砟、移耙岩机、缩溜子、延长皮带等工序，既费时费力，又影响进度。

4.2 第一代设备更新

采用液压钻车打设炮眼，铲斗式扒装机配套桥式皮带连续化出货。该工艺优势明显，一是提高了机械化程度和安全系数，降低了劳动强度，同时提高了打眼及出货效率；二是液压钻车能很好的控制炮眼方向，有效减少光爆施工偏差，减少围岩扰动，后续巷道成型好，安全服务年限长。但2 套设备的配套使用需要前后移车，对巷道断面参数要求大，不适用小断面巷道施工，同时设备多导致设备维修量增加，备用设备配件使成本大大提高。

4.3 第二代设备更新

为解决第一代设备更新后存在的问题，通过引进钻装锚一体机组，在保持了原设备优势的前提下，减少设备数量，减少维修量，降低成本，同时避免了互相移车对巷道断面的要求，增加了使用范围。

通过优化劳动组织，确保各工序衔接、转换，保证生产组织的良性推进，解决了岩巷掘进机械化水平低、效率低的问题，实现了岩巷炮掘单进水平的提升，经实际应用，达到了连续4 个月进尺超150 m，最高月进尺160 m 的炮掘岩巷单进新水平。

（1） 钻装锚机组介绍。

邢东矿于2019 年和石家庄煤机厂合作研发了钻装锚机组，该机组集凿岩、钻孔与装载出渣于一体，其应用大幅度提高了煤矿岩巷掘进机械化水平和掘进速度，改善了作业环境，降低了职工劳动强度。

（2） 施工工序。

液压凿岩机打设炮眼—退机破岩—铲斗出货—液压锚杆机组支护

（3） 钻装锚一体机优势。①整机钻进效率高，尤其是对硬度较高的脆性岩石效果更佳；②双臂凿岩机动灵活，钻臂调节灵敏，能在巷道断面任意位置钻孔；③铲臂扒取矸石，直接进入自身的刮板运输机，并卸载到桥式皮带上，做到了连续出货；④铲斗清理矸石，可以全断面覆盖，避免了人工辅助清理两侧矸石，减少工作量。

5 结 语

我国的煤矿快速掘进技术虽然已经有了很大的发展和提高，但仍存在发展空间，综合管理，研发新设备，开发新技术等都是提高掘进效率，减少安全隐患的重要课题。改善作业环境，对掘进机械进行智能化改进，在现有的技术上不断创新，不断发现问题并不断解决，才能使这项技术更适应当代社会发展的要求。