煤矿巷道掘进施工技术分析

2014-04-07孟占业

山西建筑 2014年23期

孟占业

(大同市国土资源局，山西大同 037006)

在煤矿开采过程中，为加深对地下煤炭资源的开发，需要对巷道采取规划性的挖掘处理。掘进施工就是指利用先进的技术处理措施粉碎煤体或岩体，从而建立一定的巷道空间，并做好巷道空间支出处理的过程。通常巷道掘进施工会受到多方面因素的影响，科学的组织设计和技术措施是保障巷道安全与施工进度的基本条件。因此，加强有关煤矿巷道掘进施工技术的探讨，对于提升巷道掘进施工质量和效率具有重要的现实意义。

1 煤矿巷道掘进施工的影响因素

煤矿巷道掘进施工会受到多方面因素的影响，其中生产技术、施工机械设备与地质结构是主要因素。

1.1 生产技术

目前国内煤矿巷道掘进施工中通常采用钻爆法施工，采用锚喷支护方式进行支护，相比较原有的砌碹支护和架棚支护方式具有更好的安全质量、更低的施工强度和较快的施工效率。然而在实际应用中也出现了较多的问题，如在施工中未有效控制装药量或未把握好巷道炮眼角度，则很容易引发锚网质量不高和巷道成型差等问题，进而较难确保井巷的施工质量。

1.2 施工机械设备

在煤矿巷道掘进施工中经常采用的机械设备主要有装运、爆破和钻眼设备。1)装运。装运施工工序基本占到煤矿巷道掘进施工周期的50%以上，目前装运过程基本都实现了机械化操作。煤矿企业现在比较常用的有皮带转载机与矿车配合或连续作业立爪式、蟹爪式装载机械，并使用高吨位自卸汽车和无轨铲运机配合开展出渣施工，采用此种方式相比原有的装运机械其巷道掘进施工效率提高了1.5倍［1］。2)钻眼。目前通常使用气腿式凿岩机进行施工钻眼，相关实践经验表明:气腿式凿岩机的炮眼钻进深度、钻速、输出功率等都存在不足，且工作面钻孔效率同时受到瓦斯涌出量、井巷断面、受压缝、多机配合工作方式等因素的影响。根据现代煤矿巷道掘进施工分析发现，小断面采用凿岩台车、大断面使用TBM掘进机和盾构机等可有效改善掘进施工效率。

1.3 地质构造

在煤矿巷道掘进施工中，顶底板的结构稳定性、褶曲构造、瓦斯涌出量、层间发育状况、围岩节理、涌水量、工作面煤岩硬度状况等都会影响掘进施工进度和质量。通常在地质条件相对良好的地段其基层工作条件也相对较好，能够开展快速掘进施工，而对于复杂的地质环境条件，其会严重影响掘进施工的效率和进度。若掘进施工中存在煤岩层结构稳定性不高、煤系地层褶曲出现断层、煤层厚度变化明显、顶底板出现破碎等问题，则会很容易引发冒顶、垮落等安全事故。另外若掘进施工进行到地质构造相对复杂的煤系地层或煤层时，可能会出现大量瓦斯涌出，骤升的瓦斯浓度很容易引发安全事故。因此在实际施工时应当实时监测回风风流中的瓦斯浓度并减小掘进工作面［2］。

2 煤矿巷道掘进施工技术要点

2.1 掘进工作面的防尘与通风处理

2.1.1 防尘

在煤矿巷道掘进施工中，粉尘通常由煤块掉落与地面或设备形成碰撞、煤岩在摩擦压力作用下粉碎等过程产生，工作面沉积粉尘、通风中吸收的粉尘等也是其重要来源。煤矿工程中通常采用通风除尘、煤层注水、矿井巷道岩壁清洗、湿法钻眼与凿岩、安置隔爆设备、装岩洒水等方式进行除尘。在实际施工中还可以采用长短抽通风除尘方式或多种技术措施结合的方式进行除尘，且除尘时应当考虑施工现场的工作条件。另外在具体施工时还应实时监测空气粉尘浓度，并要求工作人员配备粉尘防护设施，以此提高煤矿巷道掘进的安全性。

2.1.2 通风

巷道掘进工作面的通风质量将直接关系到煤矿生产的安全性。当前通常使用通风机对掘进工作面进行通风处理，在选择通风机时应当按照通风机的工作风量和工作风压要求进行恰当选择，现在比较常用的就是压入式通风机。压入式通风机及其启动设备应当在距离风口10 m以上、距离地面30 mm以上的位置进行安装，且通风机的吸入风量应当比全风压供给风量有效。通风机在工作时要安排专人监管，且在下井操作前应当先对通风机的运行状况进行检查、维修与维护，确保通风机在掘进工作施工中能够安全、连续、可靠运行。另外在选用通风机时还应当考虑选择恰当的通风风筒，风筒的直径应当与极限通风长度供风标准相适应，以此为依据要尽可能选择直径较大的风筒;在安置风筒时其出口与掘进工作面的间距应当控制在5 m以内，以减小风阻防止出现涡流问题，从而确保巷道通风良好［3］。

2.2 运输系统

2.2.1 水平缓冲矸石仓

要提高矸石的转储效率通常选用胶带运输方式;在施工巷道位置外段长度应当至少扩展到20 m以上，且在中间部位分别搭设高度在1.5 m左右的防护网，并将人行道、轨道与矸石运输通道分离，确定好缓冲水平矸石仓，以建立连续出矸系统;前部扒装机在放炮完成后应当立即将矸石集中扒至胶带，胶带将矸石转存到水平缓冲矸石仓内，然后后部扒装机将矸石移送到运输车上，车辆能够实现随到随装过程。此种方式能够有效克服出矸速率低、绞车提升运输慢的问题，且能有效减少施工人员工作量。

2.2.2 胶带运输机

相比传统的绞车运输，胶带运输机具有以下优点:胶带的上层能够进行运矸，下层则可以开展运料，能够有效完成矸石的连续运输过程，且减少物料运送的工作量，避免了意外事故的发生;维护简单，主要采用集中控制方式;胶带工作运行稳定，可靠性较高;使用的配件及钢材设备较少，且能耗较低，利于节省成本。

2.2.3 光面爆破技术

光面爆破技术在煤矿巷道掘进施工中的应用极为广泛。光面爆破技术是指在爆破施工中同时引爆工程周围的炮眼，让爆炸裂缝能够顺着径向方向不断向四周扩散，并通过邻近炮眼间的冲击波叠加作用向岩体施加切向的拉力，使裂缝在完全扩展后能够在岩层表面形成平整度较高的爆破面。现代光面爆破施工中主要采用修边光爆法、预裂光爆法、轮廓线光爆法三种爆破技术。在具体施工中通常使用浅孔爆破方式，为加深爆破的深度尺寸可适量扩大炮眼的直径与深度;炮眼应当在带煤矿巷道的轮廓线位置进行布置，且眼内的装药量与间隔距离应当与围岩的具体状况相适应［4］。

2.2.4 锚杆支护

锚杆支护是指利用锚入围岩深层的锚杆使围岩自身的力学状况发生改变，利用围岩与锚杆的协同作用使巷道四周建立一个稳定的整体岩石带，由此对巷道进行保护。锚杆支护虽然具有支架成本低、巷道变形小、通风阻力小、适应性强、维护费用低、钢材与坑木用量少、锚杆轻质、安全性高等优点，但其不能避免围岩的风化过程和锚杆间裂隙岩石的脱落，因此通常将其与锚喷支护方式结合使用。锚喷支护方式在采取上山、回采巷道、静压巷道、松软巷道、动压巷道、稳定岩石巷道中都具有较强的适用性。另外在大断面硐室、交叉点、煤仓、绞车房、外井筒、马头门等位置常用光爆锚喷支护技术。采用锚喷支护技术能够有效减少巷道变形，并为巷道掘进提供良好的稳定基础。