岩石巷道安全快速掘进技术探析

曹志勇　张春华

摘要:针对硬岩巷道安全快速掘进施工问题,探讨了有关目前实现坚硬岩石巷道安全快速掘进需要解决的技术问题,重点探讨了硬岩爆破新型高威力安全炸药与相关爆破专家系统的研究方向,可供相关科技工作者参考借鉴。

关键词:岩巷 安全 快速 掘进

0 引言

随着我国工业化水平逐步提高,能源的需求量日益增加,而80%的能源来自煤炭。岩巷工程是煤炭工业发展的基石,也是企业可持续发展战略的要项工作[1]。岩巷快速掘进是矿井水平、采区、采场“三大接替”顺利进行的根本保证。岩石巷道施工时,如果巷道断面大,完整坚硬(f>12),前方构造透明度低,势必影响掘进速度,进而影响煤炭高产高效。为了实现岩巷掘进速度的提高,满足日益增长的煤炭需求,本文对现有的有关岩巷掘进的装备、技术等发展方向进行了初步总结和分析。

1 快速掘进机械配置

在岩石巷道掘进施工时,要根据巷道掘进时巷道运输、通风、排水、通讯、电力、高压风水管路、工人上下班及施工管理等具体情况,对机械配置、运输方式的选择、钻爆作业、运输装碴作业、锚喷支护作业及机械车辆方案进行合理调配,满足施工需求[2]。

1.1 改进设备装备,提高机械化作业水平:机械设备要保证现场操作安全,提高掘进效率,降低劳动强度,而且巷道成型要好。

1.2 合理布置装运碴作业线:所选择的装碴机械必须具备装碴效率高,性能稳定,坚实耐用的特点。机车和矿车应统一考虑,选择大容量矿车必然要选择大功率机车,二者必须匹配。还要考虑线路铺设质量和装运碴设备数量等因素。

1.3 改进施工工艺,实现掘喷平行作业:掘喷平行作业能有效缩短循环时间,有利于采用合理中深孔爆破,进行大循环作业,大大提高掘进速度。

1.4 采用科学的施工组织和管理方法:组织正规循环作业和多工序平行交叉作业,严格执行一系列行之有效的管理制度,提高职工的业务素养,确保机械设备的正规使用和爆破技术的严格执行。

2 超前地质探测技术研究

可靠准确的巷道超前探测技术是巷道掘进安全保障。多年来,世界各主要采煤国都投入了大量的人力物力对该技术进行技术攻关,并取得了许多成果。但总的来说,对煤层巷道掘进过程中所遇到的小构造问题探测与分辨效果不太理想,因此必须进行更加深入细致的探测技术手段研究。

目前国内外在煤矿地质探测方面除地质理论预测和巷道、钻探勘探技术外,主要采用矿井工程物探技术进行,其方法手段有矿井震波法和矿井工程电法预测。但是由于矿井地质条件的复杂性和地下介质的多样性与不均匀性,目前国内外还没有一个完全可靠的超前探测预测技术。我国矿井地质工作虽然有了一定的装备,但与采煤技术相比,在该领域的研究尚存在如下三个方面的技术问题:①受井下干扰因素影响,单一方法探测结果存在较大的误差;②落差小于煤层厚度的断层控制程度不足;③各种探测手段对于不同的矿井各有侧重;④煤岩层的差异对于探测方法具有二重性,既是探测前提又是制约因素。因此,采用多种方法的综合物探技术进行地质构造探测将会对岩石巷道安全快速掘进施工发挥关键性作用,是今后煤矿地质探测技术的发展新方向[3]。

3 新型爆破炸药与爆破专家系统研制

我国《煤矿安全规程》规定,在具有沼气(CH4)爆炸危险的矿井,只容许采用三级煤矿许用炸药进行爆破作业。对于软岩和煤,采用三级煤矿许用炸药能够满足爆破破碎的需求,但是对于中硬以上(一般f>6)的岩石,现有的三级煤矿爆破破岩效果显得不尽如人意。大量的生产实践证明,对中硬岩石,采用三级煤矿许用炸药,爆破的炮孔利用率低,岩巷掘进效率低下,不能满足煤矿建设和煤炭高效开采的需要。因此,研制适应中硬岩以及硬岩巷道掘进的高威力煤矿炸药和适合高能安全炸药的可靠的起爆器材是巷道掘进技术的一大发展方向。所研制的高威力炸药既要具有更高的爆炸能量水平又要具有足够高的沼气安全性,两者必须兼顾。

目前,现场岩巷掘进光面爆破施工作业图表和爆破设计说明书的编制还都是手工作业,误差大、速度慢、强度高。并且多数情况下是一套说明书、一套炮眼布置图和爆破参数表使用一条巷道,不能紧跟工作面岩石性能、炮孔深度等的变化而迅速调整更新,也就很难真正做到合理指导施工。特别是中深孔、深孔控制爆破技术方面专家系统的研究尚没有现成的资料。因此,研制一套完整的适用于不同巷道断面、不同岩性、不同炸药、不同炮孔深度和炮孔直径等施工条件下爆破施工设计说明书(包括爆破图表、爆破参数和相关的安全技术措施等)对现场爆破作业具重大现场指导意义[4,5]。

4 岩巷道掘进围岩有害气体监测技术

根据现场实践,一般情况下岩石掘进施工中瓦斯涌出量很少,但是如果岩石局部裂隙与上下煤层贯通、或有溶洞,掘进时也会到瓦斯有害气体的突然喷出现象。另外,岩石中如果存在有机质含量高的炭质夹层,掘进中可能产生甲烷或着其他重烃。这就需要在快速掘进的同时配套瓦斯等有害气体的监测监控。一要研究岩巷快速掘进时地质构造区域瓦斯等有害气体异常涌出规律及监测技术;二要建立岩巷快速掘进至地质构造区域异常瓦斯灾害防治技术体系。力保岩巷快速掘进监测监控的安全有效,保障岩巷掘进安全快速。

5 结论

岩巷快速掘进是矿井水平、采区、采场“三大接替”的根本保证,要解决岩巷安全快速掘进问题,除了要合理配置岩巷掘进机械和加强施工管理外,深入研究超前地质探测技术、针对硬岩的新型高威力安全炸药与爆破专家系统、快速掘进围岩有害气体监测监控技术。

参考文献:

[1]时召林.谈谈淮南矿区岩巷快速掘进[J].科技信息,2008,17: 305.

[2]牛庆长.长大隧道快速掘进机械配置[J].山西建筑.200834(16): 346~347.

[3]田劼,韩光,吴钰晶.矿井独头巷道掘进超前探测技术现状[J].煤炭科学技术.2006,34(8):17~19.

[4]陈士海.岩巷快速掘进爆破技术.工程爆破.1998.4(3):23~25.

[5]杨国春,王树全,李栋国.硬岩隧道深孔爆破技术影响因素及参数的合理确定.长春工程学院学报(自然科学版).2003.4(4):8~11.