岩巷快速掘进技术研究及应用

顾杰

摘 要：岩巷的快速掘进对煤矿的高产高效具有重要意义。针对目前井下岩巷掘进作业效率低、安全性差的问题，以东庞矿-300水平6号煤采区准备巷道施工为研究对象，从制约进尺效率的因素入手，提出岩巷快速掘进的针对性措施，将月度进尺量提高了30%，有效实现了提升井下岩巷掘进效率和安全性的目标，以期为岩巷的快速掘进提供参考。

关键词：岩巷;掘进工艺;机械化;快速掘进

中图分类号：TD263.3 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）32-0076-03

Research and Application of Rapid Tunneling Technology in Rock Roadway

GU Jie

（Dongpang coal mine of Jizhong Energy Resources Co.， Ltd.， Xingtai Hebei 054100）

Abstract： The rapid excavation of rock roadway is of great significance to the high yield and high efficiency of coal mine. Aiming at the problems of low efficiency and poor safety of underground rock roadway excavation， taking the preparation roadway construction in No. 6 coal mining area of Dongpang mine-300 level as the research object， starting with the factors restricting footage efficiency， this paper puts forward targeted measures for rapid rock roadway excavation， which increases the monthly footage by 30%， and effectively realizes the goal of improving underground rock roadway excavation efficiency and safety， in order to provide some reference for the rapid excavation of rock roadway.

Keywords： rock roadway;excavation technology;mechanization;rapid tunneling

随着东庞矿-300水平2号煤开采临近尾声，6号煤采区计划施工，出现了采区衔接紧张的问题。传统的钻眼爆破及国家政策单头单面限员管理，极大制约着岩巷掘进效率。通过科学优化组织结构，加强机械化设备的推广应用，能够极大地提高掘进效率。

1 工作面概况

1.1 地质条件

东庞矿6100采区皮带巷位于南二坡头绕道西南，巷道设计总工程量为723 m，平均坡度为10°。巷道为拱形断面，净规格为：巷宽×巷中高=4.7 m×3.5 m。掘进期间最大瓦斯绝对涌出量为0.5 m/min。根据附近巷道已施工的底板钻探成果，结合附近已掘巷道实际揭露资料，巷道掘进时可能会出现滴淋水现象。

1.2 施工工艺

采用钻爆施工，使用YT-23（7655）型风钻打眼。当爆破作业时，应采用安全等级不低于三级的煤矿许用含水炸药和煤矿许用毫秒延期雷管起爆。出渣使用耙斗装岩机配侧卸装岩机上皮带进入渣仓，再由耙斗装岩机装罐出渣。巷道施工时坚持一次成巷，正规循环实现“三掘一喷”[1-4]。

1.3 爆破管理

炮掘施工工艺流程为“施工炮眼→爆破→临时支护→进行支护→出渣”，以此为一个班循环。按照通风管理及安全技术措施要求，单次装药量不得超过32 kg。遇到岩性较硬时，应适当缩小眼距，加密炮眼数量。

2 岩巷掘进中存在的主要制约因素

2.1 钻眼爆破施工效率不高

使用YT-23（7655）型风钻打眼时间长，平行作业、作业现场有限的情况下需要2～3台风钻，每台2人，需要6人左右，且相互之间影响较多。同时，巷道掘进过程中会穿过细砂岩，岩性较硬，炮眼布置较多，钻眼时间较长，每循环打眼时间在3 h，严重影响掘进效率。

2.2 耙斗式装岩机装渣缺陷

相关要求规定，耙斗式装岩机最大运行距离不得超过40 m，即每次移动耙斗式裝岩机后掘进距离达到40 m后必须停止掘进。每次进行该项工作时，至少需要花费2 d时间做好前移皮带、喷浆、铺水沟以及延长各类管线等工作。耙斗式装岩机钢丝绳及耙斗消耗磨损较快，工作面迎头堆渣较多，不能实现平行作业。运行过程中绳道内不得行人，不能实现迎头支护作业和出渣平行作业。

2.3 定员管控限制

根据目前的相关规定，东庞矿要求每班开拓巷道现场人员不得超过15人（包括瓦斯员和放炮员）。一方面，日常管理中迎头施工进尺人员可以正常出勤，运料工、勤杂工等人员需要进一步调整配合;另一方面，在现场交接班过程中要保证施工质量、排查隐患。

3 岩巷快速掘进的措施

3.1 创新爆破工艺，大力推广中深孔爆破

影响岩巷掘进爆破效率的主要因素有掏槽方式及其装药量、炮眼深度、周边眼光爆参数、起爆时差和炮眼利用率等。中深孔爆破的炮眼深度较大，一般在2 m以上。炮眼深度决定着单班循环进尺数，同时对爆破质量及巷道成型具有一定影响。为了提高中深孔爆破效果，可在装药眼附近施工空眼增加爆破自由面，还需要确定合理的眼距、布眼方式、装药量和装药结构。炮眼深度应根据单班进尺数而定。长期实践表明，中深孔爆破炮眼深度大于2 m，优于浅孔爆破。目前，东庞矿采用的煤矿许用毫秒延期电雷管脚线长2 m。在采用中深孔爆破时，可以积极与厂家联系，保证电雷管脚线长度在2.5 m以上，以满足此项爆破的施工要求[5-6]。

3.2 提高装备水平，推进岩巷施工机械化

3.2.1 采用岩巷掘进机进行岩巷掘进施工。岩巷掘进机掘进是实现巷道掘进机械化的重要途径。同煤巷掘进机使用方法一样，岩巷掘进机是一种能同时完成破岩、装岩、运输、支护和调动行走的联合机组。与钻眼爆破法相比，采用岩巷掘进机进行岩巷掘进施工，减少了打眼放炮时间，极大降低了职工劳动强度，巷道成型较好，掘进速度快。但目前利用岩巷掘进机进行施工时还存在一些问题和缺陷。例如：如巷道断面限制了掘进机的使用;岩巷掘进机一般较重，巷道底板渣较软，不利于设备行走;在上下山和大坡度掘进时灵活性差;设备投入成本较高，零部件易损坏。东庞矿地质条件复杂，应用前景不乐观。

3.2.2 液壓钻车打眼施工。目前，东庞矿采用CMJ17履带式全液压钻车打眼施工，具有凿岩效率高、作业人员少、劳动强度低的优势，而且提高了钻孔质量和岩巷掘进机械化水平。以往利用YT-23（7655）型风钻进行打眼，花费时间长、用工多，打眼时需要5个人配合完成。此外，打眼过程中需要频繁地拔钻杆和移动钻机，工人劳动强度较大。岩石软的情况下耗时2 h左右，遇到岩石较硬的情况时，耗时为3 h，严重影响进尺。利用液压钻车进行打眼，只需2人在操控台上操作手把即可。操作熟练的钻车司机可以将打眼时间缩短到40 min。

此外，利用YT-23（7655）型风钻进行打眼，施工人员需要紧靠迎头（距迎头2 m以内）进行操作。打眼过程中产生的震动容易造成迎头山墙掉渣伤人。利用液压钻车进行打眼，钻车司机在操作台上（距迎头5 m）操作，远离迎头，有效避免了掉渣伤人事故的发生。

3.2.3 合理选择装岩机。选择装岩机时考虑的因素比较多，主要包括巷道断面大小，装岩机的装载宽度和生产率，适应性和可靠性，操作、制造和维修的难易程度，装岩机的造价和效率等。

铲斗后卸式装岩机（见图1）生产能力为25～40 m/h，间歇作业，效率低，容易扬起粉尘。要求施工人员有熟练的操作技术，一般应用于单轨巷道。

耙斗装载机构造简单，维修、操作方便，可用于平巷、斜巷以及煤巷、岩巷等。但是，其体积较大，移动不方便，影响其他机械的使用。间歇装岩，底板清理不干净，人工辅助工作量大，耙齿和钢丝绳损耗量大，效率低，一般应用于单轨巷道。

蟹爪式（见图2）、立爪式装岩机（见图3）的装岩动作连续，可与大容积、大转载能力的运输设备和转载机同时使用，生产效率高，但是构造较复杂，造价高，蟹爪与铲板易磨损。装载岩石时，对制造工艺和材料耐磨度要求高。

3.3 减少装岩出渣时间，提高单班循环

第一，在装岩出渣上积极探索研究符合实际的机械化运输线，减少人员现场施工工序，提高设备的开机率和工时效率，减少单班循环的装岩出渣时间。

第二，积极选用符合现场实际的装岩机设备。设备选用主要由巷道断面大小决定。对于双轨巷道，尽量选用大型耙斗装岩机，设备功率大，出渣速度快，操作简单，但是安装现场要求空间大。目前，东庞矿常用设备是侧卸式装岩机配耙斗式装载机，虽然出渣时间较短，但是每次固定设备一循环，都需要停止爆破，前移耙斗式装载机，零散工作较多。

第三，加强爆破管理工作，提高爆破效果。当炮眼布置均匀以及装药量和起爆顺序适当时，实现光面爆破，岩石爆破效果好，渣块均匀，掉渣集中，巷道成型好，底板平整，装岩机的效率较高。例如：当块度小于200～500 mm时，ZC-20B型铲斗式装岩机工作效率最高;当岩石大小超过500 mm，无法使用装岩机。

第四，发展一机多用，如目前推广的钻锚一体机、锚运破一体机等先进机械化设备。在设备后紧跟皮带出渣，能够极大地缩短该项工艺的时间。

第五，加强装渣罐车的组织管理工作。①提高炮眼施工和装岩机岗位工作人员操作技能熟练水平，保障现场熟练操作，减少事故发生。②工艺工序执行配合到位，岗位工之间配合密切，衔接流畅。③加强机电检修，保证设备开机率。④铺设轨道符合规程要求，安全设施及绞车检修到位，经常维护，减少运输事故。

3.4 坚持正规循环作业

突出抓好现场精细化正规循环，优化施工工艺。根据定员管理要求，巷道迎头定员不超过15人。通过实验论证，创新实行半班人员交接班制度，即每次交接班期间有一半人员在巷道口，一半人员在迎头交接班。这样既能保证交班人员安心完成收尾工作，交接当班遗留问题，又能保障接班人员做好准备工作，实现标准化细心验收。在验收考核中，交接班跟班和班长联合进行验收，如果出现施工质量不合格或丢尾等影响正常施工工序的情况，倒扣工作得分，从而避免出现为赶进度而丢尾甚至影响施工质量的不良情况。

4 结语

通过东庞矿岩巷掘进实例分析岩巷快速掘进的技术趋势，对比制约进尺效率的因素及解决措施，提出了岩巷机械化快速作业线，研究了其施工工艺和技术装备问题。通过合理组织，能够有效保证岩巷月进尺不低于150 m，充分保障岩巷掘进效率，推动企业发展。

参考文献：

[1]阚磊，姜明.岩巷快速掘进影响因素分析及工艺的优化[J].煤炭科技，2012（4）：31-34.

[2]董开封.岩巷上山掘进运输系统优化设计及应用[J].煤炭技术，2014（11）：191-193.

[3]马利.岩巷机械化快速掘进技术及其在邢台矿区的应用研究[D].北京：中国矿业大学（北京），2012.

[4]王建彬.岩巷快速掘进工艺优化及应用分析[J].能源与节能，2016（8）：119-120.

[5]高慧琪.岩巷综掘掘进工艺优化[J].能源与节能，2021（10）：147-148.

[6]王腊旭，朱永男.邢东矿岩巷快速掘进经验与钻装锚机组的研究与应用[J].煤炭与化工，2021（4）：13-15.