岩巷快速掘进影响因素分析及优化

刘鹏飞

（晋煤集团金明矿业有限责任公司，山西 晋城 048006）

煤矿岩巷掘进在矿井正常生产中具有重要位置，生产矿井岩巷掘进工程量一般占到矿井掘进总工程量的30%左右。金明煤矿岩巷掘进一直以气腿式凿岩机配耙斗装载机为主，2017年岩巷平均单进82m/月，个别岩巷掘进工作面破百米。矿井岩巷单进水平有所提高，但与国内综掘300m/月、炮掘200m/月的高水平单进相比还有较大差距。金明煤矿以25011工作面底板岩巷为工程背景，研究岩巷快速掘进工作。

1 工作面工程概况

25011工作面底板岩巷位于25采区南部，11204下底板岩巷开口处为半煤岩巷道，上部岩石厚度为1.3m，下部煤层厚度2.3m。掘进范围内上距二1煤层底法距1～15m。二1煤层整体呈单斜构造，最大厚度7m，最小煤厚2.55m，平均4m。煤层直接底为砂质泥岩，局部并发育有L9灰岩。经现场调查，25011工作面底板岩巷掘进过程中在巷道层位选择与支护设计、作业方式、人的因素、爆破参数、掘进设备、组织管理因素和外部环境因素等几个主要方面存在提升空间，有待进一步优化。

2 岩巷快速掘进影响因素

2.1 巷道层位选择与支护设计的影响

2.1.1 原巷道层位设计

25011工作面底板岩巷最初设计层位为L8灰岩底。该矿所采二1煤下部层位依次为砂质泥岩(最小厚度7.7m，最大厚度13.63m，平均厚度11.4m)、L8灰(最小厚度2.12m，最大厚度6.02m，平均厚度4.6m)、一8煤及泥岩(最小厚度0.6m，最大厚度2.7m，平均厚度1.76m)、 L7灰（最小厚度1m，最大厚度4.28m，平均厚度3.1m）。

2.1.2 沿L8灰底施工段情况及成本计算

（1）巷道状况

现场施工中发现，沿L8灰底掘进，巷道围岩破碎，成型极差，淋水点较多，锚杆失效较多。沿L8灰底可能有近煤层，使用锚索钻机勉强探查8m，每班探测，施工困难较大，且影响进度；在该层位施工期间，巷道日进3m，每月按25d核算，月仅能完成75m；底板岩巷距二1煤不得小于10m，否则打钻产生裂隙，影响效果。

（2）成本核算分析

巷道压力大，补打锚杆（索）较多，以25011工作面底板岩巷为例，百米巷道补打锚索100根左右，剩余890m，共需补打锚索890根。每套锚索97.85元，工时费150元/工×890工=133500元，材料费共计97.85×890=87087元。

2.1.3 支护设计分析

25011工作面底板岩巷设计采用锚网喷支护：采用左旋锚杆Φ18×1800mm，间排距800×800mm；双层网为钢筋网+黑色硬质塑料网，网片搭接长度为100mm； 全断面挂网喷浆，喷厚50mm。由于25011工作面底板岩巷主要用于25011工作面瓦斯抽放，服务时间较短（从工作面两巷掘进至工作面回采结束），当巷道岩性比较好时，如果支护设计强度过大，不仅会造成支护材料的浪费，还会影响巷道快速掘进。因此，应实行差异化支护，在岩性较好的区段，合理降低25011工作面底板岩巷的支护强度，节约支护成本，加快掘进速度。

2.2 作业方式因素分析

2.2.1 工序耗时

25011工作面底板岩巷采用“三八制”作业。根据现场跟班写实记录，该岩巷掘进施工工序耗时如图1所示。工序4：打锚杆孔与打炮眼平行作业，两部YT28型气腿式凿岩机施工迎头炮眼，两部KMTQT-130/3.1钻机施工巷道顶板锚杆孔；工序5：出渣过程中，所有人员撤出，迎头无施工人员；工序6：打巷道下部炮眼，然后打巷帮下部两个锚杆孔，并进行上网安装。

工序耗时分析：

（1）岩巷工作面钻机打眼工作耗时最多。风动凿岩钻机打一个2m深炮眼平均需要8min，锚索钻机打一个锚杆孔平均需要10～12min，全断面爆破打眼和支护打一排锚杆需要4～5h，占整个作业循环时间的50～60%，是制约单进的主要因素。

（2）平行作业不充分。部分工序实现了平行作业，但个别可以实现平行作业的工序未能平行作业，平行作业率低。

（3）风压、水压不足导致钻机钻进速度慢，也是影响单进的一个重要因素。

2.2.2 平行作业现状分析

根据图1所示，打锚杆孔与打炮眼平行作业，两部YT28型气腿式凿岩机施工迎头炮眼，两部KMTQT-130/3.1钻机施工巷道顶板锚杆孔，但仍有部分可以实现平行作业而未实现平行作业的工序。有条件但未实现平行作业的工序：

（1）工序4迎头打锚杆孔和打炮眼工作（180min）与工序5出渣工作（75min）与未能实现平行作业。

（2）工序6中帮部底脚支护与工序4迎头打锚杆孔和打炮眼工作未能实现平行作业。

（3）工序6打底部炮眼与帮部底脚支护未能实现平行作业。

图1 施工工序及耗时

2.3 掘进设备影响分析

（1）装运：装岩工序在平巷掘进中占整个循环时间的30%～50%，金明煤矿岩巷装运以P型系列耙斗装岩机为主，可在30°以下的斜巷使用，实现高效率连续出渣，装岩效率较高。

（2）钻眼：金明煤矿岩巷掘进普遍使用的仍是气动凿岩机，由于气腿凿岩机输出功率小，钻速低，如要提高工作面钻孔速度，就需要多上几部钻机平行作业。岩巷掘进需要机械化装备，现阶段在这项工序中缺少相应的装备，机械化程度较低。

（3）装岩机与皮带机尾不能实现整体移动，造成移一次装岩机需要4班左右时间，耗时时间长；掘进设备维修不及时，故障率高，制约了岩巷单进的提高。

3 岩巷快速施工方案优化

3.1 优化巷道层位实行差异化支护

（1）针对巷道沿L8底掘进，巷道围岩破碎淋水点较多，锚杆失效较多的问题，将巷道施工层位调整到沿L7灰或上半部沿L7灰施工，在L7灰中上部施工，在L7灰施工期间，避免了淋水影响，现场施工较简单，巷道支护容易。

（2）25011工作面底板岩巷采用断面直墙半圆拱13.3m2，由于底板抽放巷道的服务时间往往较短，本次试验25011工作面底板岩巷采用锚网支护，不再喷浆。锚杆间排距0.8×1m，锚杆配合H型钢带支护上半部，沿灰岩掘进期间锚索隔排单根布置，在顶板破碎或泥岩中掘进时视顶板条件，增加锚索数量。

3.2 岩巷掘进机械化作业线优化

结合25011工作面底板岩巷现场施工地质、技术条件，选择YT28型气腿式凿岩机+P-60B耙斗装载机+DSJ80/2×55型胶带输送机+KMQT-130/3.1气动振动式锚杆钻机的作业线，利用皮带运输配合耙斗装载机时，皮带可实现连续运输，提高出渣排矸的连续性，解决排矸问题。

3.3 快速掘进作业方式优化

25011工作面底板岩巷掘进劳动组织形式采用“三八”工作制，作业方式采用同巷同段和同巷分段平行作业。优化后的作业循环图表如图2所示。在掘进循环作业过程中制定优化措施如下：

（1）根据工作面情况，提高岩巷平行作业水平。在岩性好的前提下，两帮锚杆可滞后耙斗装载机补打；锚索滞后迎头10m补打；耙斗装载机距迎头大于10m后，耙渣作业可与迎头作业同步进行。做到迎头打钻打锚索、耙渣、后面补锚杆同时作业。

（2）加快各工序之间的衔接，提高单个工序施工速度。25011工作面底板岩巷巷道掘进断面13.3m2，要上够4～5部钻，加强职工间相互配合，提高施工熟练程度，缩短单个工序时间消耗。

（3）缩短岩巷移耙斗装载机时间。每掘进30m前移耙斗装载机，并将耙斗装载机前移时间控制在2班。

图2 优化后的正规作业循环图

4 优化效果

4.1 单进水平提升

通过快速掘进方案的优化，优化后25011工作面底板岩巷掘进头实现了日进尺6m，月单进突破160m的技术目标，其中25011工作面底板岩巷2017年1月份验收进尺163m，试验前后月进尺对比如图3所示。

图3 试验前后月进尺对比

4.2 岩巷快速掘进作业线

本次试验岩巷单进实现突破，受益于配套的岩巷生产作业线：气腿式凿岩机+耙斗装载机+胶带输送机。采用多台YT28型气腿式凿岩机平行作业同时打眼，然后进行装药、放炮；装载运输：采用P-60B耙斗装载机将矸石耙到800型胶带输送机上，然后转至溜煤眼，通过箕斗运至地面；支护工艺：采用KMQT-130/3.1气动振动式锚杆钻机打眼，经过现场试验两帮锚杆滞后耙斗装载机补打，锚索滞后迎头10m补打，耙渣作业与迎头作业同步进行。

5 结论

（1）气腿式凿岩机+耙斗装载机+胶带输送机作业线是当前比较适宜于金明煤矿地质条件的作业线。坚持正规作业循环作业，优化后25011工作面底板岩巷掘进头实现月单进突破160m的技术目标。

（2）鉴于巷道服务年限较短，巷道顶板条件较好时，少打一根锚杆节省支护时间8min，少打一根锚索节省支护时间30min左右，合理降低锚网支护密度，有利于节约锚杆（索）施工时间，且巷道不喷浆，减少一道施工工序，节省材料成本和施工时间。