岩巷掘进工艺探析

2021-03-27李凯

山西冶金 2021年1期

李凯

（阳煤集团寿阳开元矿业有限责任公司，山西寿阳 045400）

煤矿井下岩巷掘进是综采作业中的核心工序，岩巷掘进的效率和安全性对确保后续综采作业的顺利进行具有十分重要的意义。随着综采作业深度的不断增加，井下地质条件愈加复杂，导致井下岩巷的掘进、支护难度剧增，而且由于传统井下岩巷掘进时使用的掘进设备和地质情况匹配度低、爆破方案落后、井下掘进作业采用串行方式进行，严重影响了煤矿井下岩巷掘进的效率和安全性。

结合井下岩巷掘进作业效率和经济行的需求，本文提出了一种新的岩巷掘进工艺，其通过优化掘进工艺、合理选用支护结构、优化掘进过程中的作业管理，有效的提升了井下岩巷掘进效率和安全性，根据在煤矿井下的实际使用表明，新的岩巷掘进方案能够将岩巷掘进效率提升了42.7%，支护成本降低了19.2%，不仅显著提升了井下掘进效率和安全性而且也极大的提升了岩巷掘进的经济性，具有极大的应用推广价值。

1 影响岩巷掘进效率的因素分析

通过对井下岩巷掘进工作流程的分析，可将影响岩巷掘进的因素分为设备因素、掘进工艺因素和掘进工作管理因素三个方面[1]。其中设备因素主要是指岩巷掘进时设备选型和井下地质条件不匹配，导致影响掘进效率和安全性，具体来说包括设备选型和井下运输转运方式两个方面。掘进工艺因素主要是指岩巷掘进方法、爆破方法以及支护方法三个部分。掘进工作管理主要是指岩巷掘进过程中各种工作的排布方案，各个影响因素之间的相互关系如图1所示。

图1 影响岩巷掘进效率的因素汇总

2 设备因素解决方案

根据煤矿井下的实际地质情况，首先对巷道通过能力等进行分析，选择设备尺寸余量大，通过能力强的掘进设备和运输设备。在巷道掘进过程中由于巷道内岩层具有多变性，因此为了满足对大硬度岩层的切割需求，推荐选用MGH720系列高速掘进机，该设备既能够满足对大硬度岩石的截割作业需求，也能够满足对井下综采面煤炭的综采作业需求，一机多用，避免了设备调换时导致的异常和产能损失。

由煤矿井下巷道内区域狭小，因物料的转运受到了极大的限制，传统岩巷掘进作业时主要采用了矿车运输的方案，但该方案不仅需要铺设大量的运输轨道，而且单次运量少，工作量大、效率低下。本文提出了一种新的组合式的物料转运方案，采用刮板输送机、带速输送机、转载机相结合的形式。在掘进作业时，应将输送机布置到掘进作业面后侧约80 m的位置，在掘进面处设置刮板输送机和后侧的带式输送机相连接，满足掘进面物料快速运输的需求，在需要转弯的位置布置转载机[2]，实现物料的小半径快速转弯。该方案能够将间断式的物料运输方式提升为连续物料运输，满足快速、稳定、安全的物料运输需求。掘进面掘进作业布置结构如下页图2所示。

图2 掘进设备布置结构示意图

3 掘进因素优化

岩巷井下掘进工艺直接决定了巷道掘进效率和安全性，传统岩巷掘进时，首先截割岩巷的上侧，截割后进行手工支护，然后再截割下侧岩巷，该方案单班仅能掘进2.3 m，效率极其低下。

针对井下复杂情况，对岩巷掘进方式进行优化，首先将岩巷下侧进行掏底挖槽，然后对掏槽区域进行排矸，完成后将掘进机移动到掏槽内，支护完成后控制掘进机截割上侧岩巷。在进行掏槽设置时，针对传统的浅孔爆破方案所存在的爆破安全性差、掏槽四周成型质量差，需二次修整的情况，提出了一种新的中深孔光面爆破方案，将掏槽的掏槽眼的深度设置为2.8 m，槽眼设置时呈圆形，槽眼之间的距离按0.2 m设置。在进行爆破时，选择反向装药爆破方案，利用爆破时能量反向冲击的效果，实现对指定区域的有效爆破。

由于井下巷道内区域狭窄，因此支护设备布置和转运均存在较大的限制，传统支护时采用了锚杆+锚索支护结构，支护效率低、承载能力弱。因此本文提出了一种新掘锚护一体设备，能够实现井下的锚护一体化自动作业。根据实际应用表明，采用新的支护结构后，井下的支护效率提升了36.2%，井下支护成本降低了17.6%，显著提升了井下支护作业的效率和安全性。新型的锚护一体设备结构如图3所示[3]。

图3 锚护一体设备结构示意图

4 工作管理优化及应用效果分析

在岩巷掘进过程中主要包括岩巷爆破、巷道支护、废料转运等工序，在传统的管理方式中主要采用了串行作业方式，虽然能够简化岩巷掘进时的管理，但是各个工序间的衔接性能很差，会严重影响井下巷道掘进效率。因此本文提出了采用工序并行的综采面工作管理方式[4]，通过对掘进作业方式的优化，实现了各个工序间的有序衔接。

为了进一步的提升井下岩巷掘进的效率，提高工人的工作积极性，因此一方面组织定期对技术人员进行技术培训、提高作业水平，一方面优化管理制度，建立奖惩结合机制，提高员工进行工序改善和流程优化的积极性。

通过对掘进设备、掘进工艺和劳动组织管理的优化，显著的提升了井下岩巷掘进作业的效率和安全性。根据实际应用表明，优化后岩巷掘进效率提升了42.7%，单班的掘进速度提升到了3.3 m/班。井下的支护效率提升了36.2%，井下支护成本降低了17.6%，在岩巷掘进期间未发生顶板垮塌等安全事故，显著提升了岩巷掘进的效率和经济性，目前已经在多个煤矿得到了推广应用。