深井硬岩大断面巷道快速掘进技术探讨

赵丹丹，赵 坤

（山东省冶金设计院服份有限公司，山东 济南 250000）

随着我国机械制造的快速发展，矿井生产设备的工作效率已经得到了大幅度的增长，为进一步保障井下采掘交替的衔接，又再一次对掘进速度提出了更高的要求。长期以来，深井硬岩巷道掘进都是矿山行业中最为瞩目的问题之一，为了不断地提高矿井的生产效率，很多业内人士一直在不断地尝试对巷道掘进技术进行创新。目前，我国岩巷掘进工程都是采用传统的巷道掘进技术，常见的有普通钻爆法或者钻爆法。传统的技术不仅单进低，而且费用较高，更重要的一点是还会使采掘工作接替出现紧张，进而增加矿井作业的危险性。

1 影响深井硬岩大断面巷道快速掘进的因素

在进行深井硬岩大断面巷道掘进作业时，作业效率主要受到地质条件、技术条件和管理方式三方面的影响。其中设备配置决定了技术条件；矿井位置决定了地理条件；管理人员决定了管理方式[1]。

首先，地质条件。地质条件作为决定巷道掘进速度快慢的首要因素，是无法进行改变的。地质条件是客观存在的并具有较强的复杂性，如构造中岩体硬度、储气储水等，这些都为巷道掘进和支护施工增加了难度。若岩体硬度过大会直接降低掘进速度，节理裂缝会直接增加支护难度。而地质条件对巷道掘进作业影响不仅仅体现在作业难度增加，它还在一定程度上加大了作业期间施工人员的危险性，导致发生安全事故，如瓦斯涌出、水害等，一旦出现事故将严重威胁到施工人员的生命健康。因此，在制定掘进工艺时，要对地质条件进行详尽的调查，掌握开采地层的地质状况，然后在工艺制作过程中采取有针对性的方案提高施工的安全性。

其次，技术条件。技术条件的好坏主要取决于施工所使用的设备，若掘进和运输设备的配置较好，那技术条件也会相应得到提高。随着近几年我国掘进设备的迅速发展，虽然使掘进和运输设备的配置得到大幅度的提高，但还存在一些不足。例如在复杂的地质条件下，仍然存在着冲击振动和冒落危险。根据工程项目的特点，选择合适的掘进机和运输机是提高作业效率的关键因素[2]。可以通过合理安排工序减少不必要的时间浪费，科学的制定掘进和支护工艺可以提高巷道质量和支护效果。

最后，管理方式。现阶段我国在深井硬岩大断面巷道快速掘进工程中高度重视技术条件的提升而忽略了改善管理方式，导致当下管理方式中存在着一些短板。例如在劳动制度、员工培训、技术服务等方面都没有形成完善的体系，这也在一定程度上影响了巷道掘进的施工效率。因此需要对当下的管理方式进行优化，使施工队伍的整体素质得到提高，这样再加上先进的施工技术就能够使生产效率得到显著的提升。

2 深井硬岩大断面巷道快速掘进技术分析

2.1 掘进机选型及截割工艺优化

在巷道掘进工艺中，破岩是首要工序。由于围岩的硬度较大，传统的巷道掘进技术已经不能满足需求，因此采用深井硬岩大断面巷道快速掘进技术进行作业。在选择掘进机型号时，需要根据工程的实际情况，选择与之相符的型号，使其在截割时具有较高的冲击载荷承受能力和耐磨性，这样在遇到较硬的岩石时也能够确保正常作业。由于截割的巷道具有较大的断面，并且是全封闭的，因此可以为作业人员提供安全、舒适的作业环境。

在对截割工艺进行优化时，需要分两个阶段进行，一是试验阶段，二是改进阶段。在试验阶段期间，先将其截割到起拱线上，每次截割只能割一个锚杆间排距的距离，然后进行临时支护、挂网等作业，之后开始挖底，每班最多进行两个循环施工，进尺量为两米，这时截割是控制进尺的主要因素。在改进阶段期间，先进行深度为80cm的底部掏槽，之后进行退机挖底，并将矸石排除干净。然后就可以将掘进机的铲板放到掏槽内，截割至起拱线上部，这时每次进行两个锚杆间排距的截割，随后进行锚杆支护、挖底等，在进行一个小循环的施工，之后就可以进行一个大循环和一个小循环的施工，每次循环的进尺为三米。

2.2 掘进机配套运输设备优化

在掘进作业期间，装运是其重要的工序之一。而与掘进机进行配套的机械化运输设备就成为了确保掘进工作面单进水平的保障。而原始的装运流程是使用移动矸石仓的，这种方式存在很多缺点，例如：轨道铺设难，移动的矸石仓体积过大不便于拐弯，需要频繁倒车等。经过优化的掘进机配套运输流程为：掘进机截割落矸到掘进机星轮及输送机再到转载机最后到主井提升。该流程运用了小角度连续拐弯技术，使带式运输机实现了连续弯曲运输。这样的优化不仅节约了人力，还提高了作业的效率。

2.3 巷道支护设计

在巷道掘进施工中，支护也是重要的工序之一。但由于受到地质力学环境的影响，使井下支护工作面临着极大的困难，严重的影响了掘进速度的提升。

由于深井硬岩受到高地应力和开采扰动的影响，会表现出一定的塑性特点，如：脆-延转化、流变特性、扩容性质等。由于这些特性的存在，会在掘进巷道时使围岩应力发生调整，同时也会使围岩产生严重变形。因此在应力调整过程中，要在不破坏围岩本身强度的前提下，将变形能充分释放出来。

原临时支护技术是使用的喷浆技术，这种技术不仅费时费力，而且还会加剧工作环境的恶劣程度。而传统的临时支护技术因支护面积小、效果差、安全性低等也无法满足当下的需求。因此需要结合工程中实际的岩巷特点和工作面的地质条件进行合理的设计。在进行巷道永久支护设计时，要以深部巷道围岩的变形破坏机理为依据，并且结合工作面的具体情况，采用工程类比和理论法相结合的方法对永久支护进行合理设计。

3 深井硬岩大断面巷道快速掘进技术应用

将深井硬岩大断面巷道快速掘进技术应用到新巨龙矿山作业中，由于该矿新增三采区，还要尽早启用北区风井，使岩巷工程量迅速增加。在3号矿层顶板砂岩中布置矿井2号辅助运输大巷，巷道向北施工至三采区位置，巷道相关数据如下表1。

表1 巷道数据表

由于巷道围岩普氏系数平均值为11，属于坚固岩石，因此需要使用深井硬岩大断面巷道快速掘进技术提高掘进效率。

在选择设备时，选择型号为MH620的掘进机，这种掘进机可以对巷道围岩普氏系数低于13的硬岩进行快速掘进。运输流程为：掘进机截割落矸→星轮及自带刮板输送机→桥式转载机→2号带式输送机→辅二带式输送机→北区带式输送机→主井提升。临时支护使用ZLJ-10/21拱型机载液压临时支护系统，支护宽度在2.3m～3.0m范围内。永久支护使用耦合支护设计，分为初次耦合支护和二次耦合支护。深井硬岩大断面巷道快速掘进技术的应用效果如下表表2所示。

表2 1月～7月进尺数据

通过数据可以得出：七个月累计进尺910m，平均每月进尺130m。其次，该设备已经具备了月进尺超过150m的能力，因此可以有效地提高掘进工作的效率。最后，由于MH620型掘进机是采用遥控器进行控制和操作的，因此也可以有效地改善工作人员的作业环境，提高作业的安全性。

4 结语

综上所述，由于地质环境的复杂多样，使得深井硬岩大断面巷道快速掘进技术在实际应用过程中会面临着诸多的问题和困难，因此在进行深井硬岩掘进施工之前要对进行全面的、深入的考量和分析，以便于制定出有针对性的保护措施，使井下作业的环境得到改善、作业的安全性得到保障，实现在确保巷道支护质量的基础上提高巷道掘进的作业效率，使矿井的经济效益得到大幅度的提高，并为我国社会经济建设的发展贡献力量。