浅谈全岩巷道单进水平技术与应用

罗洪

四川达竹煤电（集团）有限责任公司

正文：

1. 工程概况

龙门峡北矿位于达州市城区南西220°方位，直距约75km。矿区北距渠县县城17km、东距大竹县县城20km，西距广安市城区约40km。地理坐标为东经107°01′19″～107°03′48″，北纬30°38′38″～30°44′32″。井田范围南起原龙门峡井田的19线（广安与达州界线附近刘家湾至大梁坪），北至原立竹寺勘探区的23-1线（易家湾至石盘湾），东面为大竹龙洞坡经渠县李家垭口至石盘湾一线，西面止于渠县木耳湾经聂家坡至河家小坝一线。勘查区南北长约11.00km，东西平均宽1.44km，面积为15.64 km2，勘查深度至-200m。勘查区由1～14号共14个拐点依次直线连接圈定。

矿井采用平硐－暗斜井开拓方式。矿井设计生产能力为450kt/a；全井田划分为+50m和-200m两个水平。共划分十一个采区。龙门峡北井田含煤2－3层，一般为1层。从下至上煤层编号为I0、I1、I2煤层。I0煤层位于龙潭组一段下部，煤厚0.00～0.15m，平均0.01m；该煤层结构简单，厚度变化大，仅在个别钻孔见有煤线，属不可采煤层。I1煤层位于龙潭组一段下部，属全区可采煤层； I2煤层位于龙潭组一段下部，煤厚0.00～0.54m,平均0.10m；该煤层结构简单，厚度变化大，仅在勘查区南部边界的19-2、N19-1号钻孔中达可采，为零星分布的孤立点，属不可采煤层。本段煤层平均总厚1.93m，含煤系数为9.9%，全区可采煤层含煤系数9.3%。

龙门峡北矿主平硐于2009年7月14日正式开始施工。主平硐设计长度2520m ,掘进断面S=17.2m2，净断面S=15.7m2，设计采用锚（网）喷作永久支护。锚杆间距800mm，喷浆厚度50mm。(附图1：主平硐断面支护)

图1 主平通断面支护图（1：50）S净=15.7m2 S掘=17.2 m2

主平硐主要穿过的岩性侏罗系统的沙溪庙组、中下统自流井组大安塞段、中下统自流组东岳庙段、下统珍珠冲组和三迭系上统须家河组的第六、七段、第五段、第四段、第三段、第二段、第一段以及三迭系中统雷口坡组、三迭系下统嘉陵江组第四段、第三段、第二段等。

2. 分析原因

煤炭企业提高煤炭产量，提高掘进单进水平，方可降低煤炭生产成本，才能更好的适应市场经济的需要，在市场改革中生存和发展。通过综合分析认为：龙门峡北矿刚开始基本建设，在基本建设期间，加快巷道掘进，提高单进水平，不仅可以使矿井早日投产，生产煤炭，而且可以减少资金占用时间。

巷道掘进是煤矿生产中的重要的工程内容，也是制约矿井提前投产的关键因素。目前，达竹公司的生产矿井掘进单进水平普遍较低，在施工组织施工装备均无突破性的进展。即使用7655风锤打眼、P-15（17）型耙斗式耙装机装岩、1T矿车运输的施工组织模式。在钻爆法施工掘进工作面，月进度不超过100m的掘进头占有相当大的比例，在超过10m2的断面巷道月单进水平也不超过100m。

单进水平低导致采掘接替紧张，影响企业效益，不利于安全管理。在掘进水平没有大幅度提高的情况下煤炭产量在急剧增加，导致煤矿采煤工作面接替紧张，无煤炭开采，制约了煤炭生产效率，严重影响企业生产有序进行。为此煤矿必须多开掘进碛头，增加掘进班组，增加耙矸机、提升绞车等掘进施工设备，导致工作面单进水平低下，掘进人工效率不高；施工环节较多，人员密度加大，增加了人员出安全事故的机率，不利于安全管理。

制约单进水平提高的因素包括装备更新、施工组织管理水平及掘进工艺的提高，三者之间相互联系、相互制约。装备更新是基本影响因素，科学合理的施工组织是实现快速掘进保障，爆破爆眼的布置好坏影响爆破效果，是影响掘进单进水平提高的关键。我公司传统施工的局限，传统的装岩工艺，排矸时间长，各工序平行作业时间短，大断面岩巷掘进的拱部和帮部的爆破、支护一般采多采用分次实施，以耙斗式装岩机为主的运输作业线难以实现深部大断面岩巷的快速掘进。

2.1 研究对策

在掘进方案现场调研和深入分析的基础上，获得“钻、爆、装、运、支“各个工序影响掘进速度的程度和所占时间的比例，找出提高掘进速度的主要途径。在爆破方面，根据爆破基础理论和岩体的物理力学性质，分析研究爆破过程中爆炸与围岩的相互作用机理，以岩体的爆破机理指导设计炮眼布置、装药量、雷管延时与段数、起爆顺序，以达到炮眼布置少、炮眼利用率高、循环进尺高、光爆效果好的目的；在装岩运输方面，首先从设备入手，研究新型装备及配套方案，拟采用液压挖渣机和移动矸石仓的掘进配套方案，研究新的配套方案中对原工序和劳动组织的调整方法：支护方面，在巷道破坏机理分析和物理模拟基础上，运用松动圈实测和锚杆支护基础理论建立新型支护专家系统，分析并提出安全、合理设计方案与支护参数。

2.1.1 爆破

准直眼掏槽、全断面一次起爆的中深孔爆破技术。 优化碛头炮眼的布置，包括炮眼个数及布置角度、每眼装药量、各眼起爆顺序和爆破延时段数，实现炮眼的利用率最大化；碛头爆破要求达到理想化光面爆破效果，选用强力发爆器，提高联线的质量，实现全断面一次装药一次起爆；在现有钻眼设备和岩石条件下，确定炮眼深度与施工速度、掘进效率之间的关系，确定最佳炮眼深度。

按目前达竹公司矿井巷道爆破时炮眼布置方式，全岩巷施工炮眼布置时，在巷道下方底板上600mm开始，布置掏槽眼6个，水平眼距1200mm，垂直眼距在250～300mm，采用垂直楔形掏槽，炮眼利用率一般为75～85%，班组施工时为了减少炮眼施工个数，往往把掏槽眼布置在距巷道底板为300mm，这种炮眼布置方法，在同等的断面可少掘3～4个眼子，但炮眼利用率比较低，对提高单进水平是极不利。

通过理论分析和现场试验，研究确定合理1—5#雷管（5#不超过130ms）段号，实现超过10m2岩石巷道一次装药一次起爆，以缩短装药放炮等辅助工作时间。

采用两阶段直眼、斜眼混合掏槽方式（准直眼掏槽）可以继承直眼和斜眼掏槽的有点，同时克服它们的不足，其主要参数为外层槽眼的倾角为75—85°（斜眼掏槽的倾角为65—75°），一段起爆，深度比其余炮眼深10%—15%；中间加两个直眼，在其下部装药，二段起爆。这种掏槽方式从根本上其优越性主要体现在如下几个方面：炮眼少、槽腔大、易于操作，爆破效率高。

使用水胶炸药，该炸药威力高、安全性好、抗水性强、价格低廉，猛度可达15—20mm爆速可达3500—4500m/s，可用于井下小直径（32mm）炮眼爆破，并且不会出现管道效应（这是中深孔爆破中选用水胶炸药的主要因素），尤其适用于井下有水且坚硬岩石中的中深孔爆破。

周边眼选择采用小直径药卷（直径25mm或23mm）水胶炸药，其它炮眼采用∮27mm×400mm×300g的水胶炸药，既保证了药量又能确保对围岩的破坏最小，达到理想的光爆效果。

推行中深孔光面爆破，摸索出最佳炮眼深度，将炮眼深度有原来2.0m改为2.3m.同时使用高威力水胶炸药，采用MFB—200型数显示发爆器，将原来每个循环放两次起爆改为一次起爆，每次起爆带动70多发雷管，提高了炮眼利用率，减少了瞎炮现象，使每炮循环进尺由平均1.8m提高到2.2m，并确保了光爆成型，光爆岩痕率保持在80%以上。（附图2）

图2 爆破三视图（1：50）S掘=17.2 m2

通过生产实践采用准直掏槽眼抛渣爆破技术，提高了掏槽爆破效果和装岩效率，使用2.5m钎子打眼，放炮进尺达到2.1—2.3m比原来循环进尺增加了0.3—0.4m。准直掏槽眼的掏槽能够保证中深孔爆破的效果，在不增加炮眼布置数量的情况下，炮眼利用率均大于95%，利用率提高了15%。

采用全断面一次性放炮装药，放炮装药时间明显减少，装药时间为44—45分钟，整个放炮工序完成在60分钟左右。和两次装药两次起爆相比（整个放炮工序完成平均要75分钟）能节约了15分钟以上。

由于对上部周边眼采用小直径炸药不耦合装药，适应迎头围岩节理较发育的情况，爆破后巷道成型方面有所改善，顶板较完整。

2.1.2 装 矸

运用轨轮式挖斗装载机排矸更有利于排矸。龙门峡北矿主平硐巷道岩性主要为砂岩和灰岩，采用耙斗式耙矸机排矸，耙斗在矸石堆中反复运作后形成大量泥浆或岩粉沉淀物，导致耙斗不能耙动矸石，只能用人工采用镐或刨清理矸石，浪费大量的人力和时间。耙斗式装载机采用液压传动行走和运渣刮板运动均为液压马达驱动，工作机构的大臂、小臂、臂回转、转台、挖斗及运输槽的升降运动全部由液压系统的保护装置能使该机连续平稳地工作。耙斗式装载机设置有喷水系统，能更大地减少粉尘污染，清洁空气。装载机的下挖深度可达轨面以下300—900mm给延伸工作面。耙斗式装载机具有高效、节能、噪音低等特点，装载机行走方式为轨轮式。该机可连续把岩渣进行挖掘、扒取、输送到矸石仓、矿车和其他运输设备上。连续的生产过程具有装载平稳、挖掘范围大、不撒料、高效、连续性等特点（附耙斗机结构图3、耙装图4）

图3 轨轮式耙斗机结构图

图4 轨轮式耙斗机耙装图

2.1.3 排 矸

现场试验研究轨轮式挖斗装载机和移动矸石仓的掘进配套方案，大幅度减少倒矸、装岩的时间，提高施工效率。

研制、运用了轨轮式液压挖渣机配合大容量梭式矿车作移动矸石仓，保证装、运机械化快速施工的普掘作业线，形成一套快省、连续的装、排矸新系统。有效增加了打眼、装岩运输和支护平行作业时间，缩短了循环时间，降低了工人的劳动强度。梭式矿车，型号S14A/B型梭式，矿车容积14m3、最大载重量28t、轨距600mm、外形尺寸长11.255m、宽1.71 m、高1.8m、装满后卸料时间为2分钟。

采用这种排矸方式循环排矸时间一般在3—4小时，减少调车时间2小时，比用普通1T矿车排矸每循环节省时间5—6小时，效率提高150%。

3.经济效益

3.1 龙门峡北矿主平硐从2009年7月14日开始施工，其中地面明槽砌碹20m，施工时间20多天。采用短掘短支的掘进方式。巷道施工方式：开挖拱部 → 拱部砌碹 → 开挖墙部 → 支护墙部。主要原理是利用墙部实体岩石支护拱部砌碹，有力地杜绝了空顶作业，更加保证了安全生产。

3.2 大大地提高了循环进度。主平硐从2009年8月正式进入基岩掘进，有效炮眼一般按2.2m深布置，循环进度均大于2.1m，平均月进度160m，从2009年9月连续11个月月单进水平达160m。

3.3 采用梭式矿车排矸，装满后卸料时间为2分钟。采用这种排矸方式循环排矸时间一般在3—4小时，减少调车时间2小时，比用1T矿车每循环节省时间5—6小时，效率提高150%，使循环时间有原来的9小时缩减到6小时，每天掘进3.5个循环。

3.4 我们严格要求工程质量管理。在巷道施工特别是布置，要求周边眼间距符合设计的间距400mm，严格按光面爆破要求，工程质量优良品率为100%。