岩巷综掘快速掘进线在九龙矿的应用研究

2021-02-12王兆瑞代卫林

煤炭与化工 2021年12期

王兆瑞，代卫林

（冀中能源峰峰集团宝峰矿业有限公司九龙矿，河北邯郸 056200）

0 引言

随着我国综采机械化的不断发展，综采工作面开采推进速度不断提高，然而岩巷掘进机械化水平普遍较低，掘进效率低、速度慢，矿井采掘衔接紧张矛盾日益凸显[1]。如何布置岩巷快速掘进线，是保证矿井衔接有序、稳产高效的关键。我国岩巷掘进主要采用钻爆法与机掘法。钻爆法机械化作业线分为2 类：以气腿式凿岩机、耙斗式装岩机为主，岩巷月进尺一般为60 m；以气腿式凿岩机、挖掘式或侧卸式装岩机为主，岩巷月进尺一般为90 m[2]。九龙矿岩巷掘进大部分以第二种钻爆法为主，通过不断改进爆破、装载工艺，岩巷月进达到120 m，但仍未满足九龙矿采掘衔接紧张的局面。机掘法以悬臂式掘进机为主，辅以转载机、带式输送机联合运输。相较于钻爆法，机掘法机械化程度进一步提高，没有钻眼、放炮等繁琐工序，且破、装、运能够同时作业，施工工序简单，循环作业时间短，设备开机率高可连续作业，没有爆破环节，工作更为安全。国内机掘法多用于煤巷，九龙矿煤巷掘进月进尺已达到350 m。机掘法在岩巷应用成功案例较少，在九龙矿成立岩巷综掘快速掘进线是一次有益尝试。

1 概况

15249S 顶抽巷位于九龙矿北五采区下部，巷道设计标高-772—-791 m，设计长度772 m，半圆拱型全岩断面，净宽×净高=4 200 mm×3 000 mm，主要用于15249S 工作面回采期间的抽采瓦斯。15249S 工作面除布置上顺槽、下顺槽构成生产系统外，又布置了底抽巷、顶抽巷，用于防治煤层瓦斯。底抽巷为岩巷，巷道规格与顶抽巷规格相同，已经掘进完成，月度进尺记录为110 m。上、下顺槽为2 条煤巷，净宽×净高=4 600 mm×3 500 mm，根据九龙矿煤巷的掘进水平，可以达到月进300 m。九龙矿岩巷掘进速度小于煤巷掘进速度，顶抽巷与上、下顺槽开口掘进的起始时间相差不到1 个月，根据矿计划，顶抽巷必须保证平均月进不低于150 m，才能保证工作面的正常衔接。如何提高岩巷掘进进尺是15249S 工作面能否按时衔接的关键。

2 岩巷快速掘进制约因素

2.1 地质影响

岩巷掘进受巷道围岩性质影响较大。15249S顶抽巷主要用于15249S 工作面的瓦斯抽采，合理层位为工作面上方的25～40 m，在此范围内，岩性多为砂岩，普氏硬度系数为7.6，即单向极限抗压强度值为76 MPa。EBZ-160（A）型掘进机的最大切割岩石抗压强度为70 MPa，即使用综掘机截割普氏硬度系数大于7 的岩石时，掘进机处于高负荷运转状态，截割效率低，截割部的截齿、综掘机刮板链损耗增加，对设备的维护等带来很大压力，掘进速度难以提高。

2.2 机械、设备影响

岩巷掘进，主要工序为“破、装、运、支”。机械、设备水平的提升，不断优化“破、装、运、支”环节，从而提高巷道掘进速度。钻爆法机械化作业线为气腿式凿岩机+耙斗式装岩机+矿车的作业线升级为气腿式凿岩机+挖掘式或侧卸式装岩机+刮板输送机的作业线。实际生产过程，尤其是运输环节多部设备配合，一旦设备发生故障，直接影响生产掘进。岩巷掘进设备的高故障率，发挥不了设备的最大机械效能，制约着巷道的掘进速度。

2.3 粉尘影响

巷道使用综掘机，比之煤巷，岩巷更容易产生粉尘，且危害更大。粉尘严重危害工人的生命健康，加速机械磨损，降低巷道内的能见度，影响掘进速度。

3 岩巷综掘快速掘进的施工优化

3.1 优化支护设计

为积极探寻综掘机掘进的合适层位，在15249S 上顺槽打设4 个超前探孔进行取芯探测。根据探测结果绘制15249S 顶抽巷预想地质剖面图（图1），2 号煤顶板往上26～29 m 处1 号煤层位岩性适合综掘机掘进。4 月14 日开始按+14°起坡穿层掘进，直到5 月16 日，巷道顶板掘至1 号煤顶层位。

图1 15249S 顶抽巷预想地质剖面图Fig.1 Geological profile of 15249s top-pumping roadway

不断优化支护设计。在巷道掘至23 点前15.8 m 时，巷道顶板为平均厚度4 m 的细砂岩，普氏硬度系数为8.5。对此，优化支护：巷道排间距由800 mm×800 mm 改为1 500 mm×1 200 mm，并重新设计金属网规格，长×宽由1 500 mm×1 000 mm 改为1 400 mm×1 700 mm，满足大排距巷道支护要求。在巷道掘至41 点前19.5 m 时，巷道顶板变为砂质泥岩，为保证顶板安全，再一次优化巷道支护：顶部打设4 根锚索排间距为900 mm×1 000 mm，锚杆排间距为900 mm×900 mm。总体上，既满足顶板支护质量要求，又减轻了巷道支护，提高了掘进速度。第二次优化设计后支护断面，如图2所示。

图2 15249S 顶抽巷支护断面示意Fig.2 Support section of 15249s top-pumping roadway

3.2 优化作业生产线

九龙矿成立的快速掘进线为悬臂式掘进机+桥式胶带转载机+可伸缩胶带输送机[4]。BZ-160（A）加强型岩巷掘进机，最大切割岩石抗压强度为70 MPa，可以轻松胜任岩石普氏系数f＜7 岩体切割任务。桥式转载机配合可伸缩胶带输送机，代替了岩巷每隔50 m 就要加铺一套设备的刮板输送机，在巷道不断掘进过程中，减少了设备数量。同时胶带输送机相比于刮板输送机易于维护，在出砟过程中没有卡链、断链等影响，设备故障低，开机率高[5]。

优化生产作业线后，与钻爆法相比，工序简单，割、装、运全部机械化操作，可以平行作业，日进尺由3.2 m 提高到7 m，每天用工减少4 人，工效相对提高了140%，实现了减人提效。岩巷机掘与钻爆法的工效比较见表1。

表1 岩巷机掘与钻爆法的工效比较Table 1 Comparison of work efficiency between mechanical driving and blasting in rock roadway

3.3 改善作业环境

配备KCG-450D 干式除尘器。除尘器风筒布置在巷道迎头3 m 范围内，打开除尘器后，迎头形成负压，在距掘进工作面15 m 处截断风机风筒，迎头负压即保证了巷道迎头的供风，又达到了除尘的目的。除尘器额定处理风量300 m3/min，顶抽巷掘进期间所需风量为270 m3/min，经现场实测，总除尘效率达到90%以上。除尘器降低了巷道内的粉尘浓度，实现高效控尘，降低了粉尘对设备的影响，同时提高破岩时的能见度，有助于岩巷的快速掘进。

3.4 加强施工管理

针对新工艺、新设备，加强对作业人员的岗前培训，使作业人员掌握工艺流程，并熟练操作设备。加强施工过程管理，严格执行掘进单位的各项管理制度，现场交接班、安全确认、质量验收、成本管控、设备维修等。尤其是设备维修管理，建立设备维修台账，定期维护保养。针对岩巷破砟易磨坏截割部底座的情况，三班检查截割部截齿磨损情况，及时更换损坏截齿，确保设备完好，最终保证正规循环。