岩巷高产高效掘进技术及设备选型

郭 帆

（山西平舒煤业有限公司， 山西 寿阳 045400）

引言

近年来，随着采煤技术、采煤工艺以及综采设备自动化水平的不断提升，综采工作面的采煤效率得到显著提升，主要表现为工作面每个月的推进距离可达到150～250 m。但是，我国的巷道掘进技术及掘进速度无法与工作面的推进速度相匹配。经研究可知，导致工作面巷道掘进速度缓慢的主要因素有：掘进设备的自动化程度不高、掘进工作设计不合理以及巷道支护效果不佳等[1]。为了与综采工作面高产高效生产要求相匹配，需提升工作面巷道的掘进技术，优化巷道掘进的施工工艺和掘进设备的配置，提升工作面巷道的支护效果等。本文着重对岩巷的掘进技术和施工工艺进行优化设计，具体阐述如下。

1 工程概况

以某矿水平东翼的轨道大巷为研究对象。该巷道的全长为2 390 m，经现场测量得知，该巷道可能会遇到三条较大的断层，三条断层的具体情况如表1 所示。

此外，该巷道在掘进过程中还可能遇到隐伏的地质构造。该巷道的顶底板情况如表2 所示。

经探测可知，在顶板砂岩裂隙的含水层水性较强。也就是说，如果在巷道掘进过程中遇到砂岩裂隙会导致可能有大量的矿井水涌出，进而导致透水事故的发生。经对该巷道围岩特性分析后可：得出准确的岩石单轴抗压强度和压缩极限应变；巷道岩层中的岩石结构紧密，其中所含的裂隙较少；巷道岩层不具有膨胀特性，但是可能遇涌水后导致吸水膨胀[2]。

表2 巷道顶底板情况

分析岩层掘进现状：目前，针对该巷道的掘进虽然采用了机械化施工技术，但是其对应的施工工艺和掘进设备的配套无法满足采煤工作面高产高效的生产特点。

2 提升巷道掘进效率的技术研究

提升工作面巷道的掘进效率需分析影响巷道高产高效掘进的因素，并分析当前巷道掘进施工工艺存在的缺陷，提出实现巷道高产高效掘进的关键技术。

2.1 巷道掘进工艺研究

工作面巷道的掘进工艺包括有钻眼爆破、掘进通风、装岩与运输、巷道支护等主要工艺。

1）钻眼爆破主要从钻孔设备及方式的选择及爆破技术的选择两方面进行优化。其中，针对爆破技术需明确炸药的消耗量、炮眼的直径、炮眼的深度、炮眼的数目等参数，还需根据巷道情况选择最佳的炮眼排列方式。

2）掘进工作面的通风主要包括有总风压通风、局部通风以及引射器通风等。目前，我国巷道工作面应用最为广泛的通风方式为局部通风，其中较为常见的局部通风方式包括有压入式通风、抽出式通风以及混合式通风[3]。

3）岩巷掘进的装岩可通过装岩机完成，比较常见的装岩机类型为铲斗式装岩机。岩巷掘进的运输多采用电机车牵引矿车完成。

4）岩巷掘进的主要支护方式包括有锚杆支护、喷混凝土支护技术以及采用木和金属等普通支架进行支护[4]。

2.2 影响巷道掘进的因素分析

影响巷道掘进的主要因素可从巷道地质情况、掘进设备以及施工工艺三个方面展开研究。

1）巷道地质情况主要包括有岩巷内岩石的硬度、瓦斯的涌出量、顶底板的情况等。岩巷的地势条件是制约其掘进效率的关键因素，也是无法优化的因素。

2）目前，巷道掘进的常见设备有风锤凿岩、耙矸机装岩和电机车牵引矿车排矸，此类设备自动化程度低、性能较差，严重制约着巷道的掘进速度；工作面的锚杆支护的自动化程度低，导致作业人员的劳动强度大等；当前锚杆支护设计中锚杆定位没有可靠的装置，导致锚杆的质量施工不符合要求，为工作面的安全生产带来隐患[5]。

3）目前，针对岩巷的掘进和支护主要采用两掘一喷的工作方式。此种工作方式存在支护效果和工程实施质量差、掘进工作面的迎头不安全和掘进单进不高等问题。

总之，影响巷道掘进速度和巷道成形效果的主要因素包括所选型设备性能不佳、自动化程度低以及巷道支护效果不佳等。

3 岩巷掘进设计及施工设计

为提升岩巷的掘进效率和掘进质量，本文从岩巷支护和掘进设备选型两个方面着手。

3.1 岩巷支护设计

岩巷的工作断面结构如图1 所示。

如图1 所示，本文所研究岩巷的规格尺寸为4.8 m×3.4 m，巷道的宽度为5.1 m，巷道的高度为3.75 m。针对该岩巷地质及顶底板情况采用如下支护方法：

图1 岩巷断面结构示意图（单位：mm）

1）针对岩巷的完整段，所选型锚杆的直径为22.5 mm，锚杆长度为1.8 m，锚杆之间的间距为1 000 mm；针对岩巷的破碎段，所选型锚杆的直径为22.5 mm，锚杆的长度为1.8 m，锚杆之间的间距为800 mm。

2）针对岩巷采用永久支护的方式，临时支护的方案为锚杆+挂网片的设计。锚杆参数为：锚杆直径为22.5 mm，长度为1.8 m；网片的尺寸规格为1 m×1 m，网片网格的尺寸为100 mm×100 mm。

3.2 岩巷设备选型

为确保岩巷的掘进效率和掘进质量，选用自动化程度较高的设备。在对市场调研的基础上，针对该岩巷的掘进任务所选型的设备型号和数量如表3所示。

表3 岩巷掘进设备及数量

4 结语

煤炭的开采需要工作面所有工序、设备的密切配合。当前，我国采煤工艺、采煤技术及综采设备自动化水平的提高极大提升采煤工作面的推进速度，但是巷道的掘进速度和掘进质量无法与采煤工作面推进速度相匹配。影响巷道掘进速度和掘进质量的主要因素包括有掘进设备及其辅助设备的自动化程度低、巷道的支护效果不佳以及掘进工艺不合理。因此，需根据巷道的地质条件、顶底板情况为其选择最佳掘进设备及辅助设备，设计效果最佳的支护方案和施工工艺。