大坡度下山岩巷综掘快速施工关键技术研究与应用

＊刘 冲

（山西省煤炭建设监理有限公司 山西 030012）

前言

大坡度下山岩巷快速掘进施工中关键技术要点多，因此实施技术改造、改善施工作业环境、提高综掘速度就成为关键。若要建立安全且快速的综掘施工环境，还需要明确施工中所存在的诸多问题。

1.大坡度下山岩巷综掘快速施工的相关问题

伴随目前国内矿山矿区生产力度的加大，煤矿工作面也深受到各种地质构造与外力影响，诸多施工问题日渐凸显。例如目前的矿井开采深度正在不断增加，其开拓延深、准备与回采巷道施工过程明显存在各种严重地质构造影响，这导致掘进幅度逐渐增大，出现了许多坡度＞16°的下山岩巷。尽管目前国内的综掘施工技术体系建设已经逐渐趋于成熟，但是在针对这种特殊的岩巷掘进施工过程中依然还存在综掘机难以顺利掘进的情况。就传统矿井开采掘进而言，钻爆施工技术应用较多，不过整体循环进度相对偏低、掘进速度偏慢、快速掘进施工基本无法实现。所以总结来讲，针对目前所存在的大坡度下山岩巷综掘施工无法快速推进问题，还需要对原有综掘机设备及其技术应用内容予以改造，建立后运系统改进机制，适当调整施工工序，提出更多配套辅助技术内容。基于上述分析有效解决综掘施工难以快速推进问题。

2.大坡度下山岩巷综掘快速施工技术的实践改造要点

针对大坡度下山岩综掘快速施工技术实践改造应用而言，还需要从设备改造升级谈起，然后思考如何改造施工工序与施工技术，并分析所取得的施工成果，下文具体来谈：

(1)综掘快速施工设备的实践改造升级要点

首先是综掘机，它是综掘快速施工设备中的核心，在解决大坡度下山岩巷综掘快速施工短板技术问题过程中，必须结合实际综掘施工特点分析提出不同施工技术内容，优化施工技术要求。就综掘机设备改造内容展开分析，满足施工技术要求。就目前看来，针对某些传统装置的改造是有必要的，即要从零部件着手升级改造综掘机设备性能，比如说对履带进行加宽改造，同时在履带上再安装凸角装置，有效提升设备抓地力，减小接地比压。在综掘机设备改造以后，其下山掘进速度会有所提升，退车操作更加顺畅到位，这就很好解决了综掘机设备容易下陷到不利地形中无法正常退车的问题。

其次是综掘机履带，对于履带结构的调整改造主要希望解决其所存在的接地比压不均匀分布问题。具体来讲，履带的长度对综掘机退车会产生一定影响，例如在静态状态下履带的接地比压始终保持不变，它的抓地力就必须提升，这一点在大坡度下山岩综掘施工中颇为重要，是综掘机是否能够顺利退车的关键所在。在改造升级过程中，需要对综掘机履带结构接地比压进行调整（原有接地比压仅为0.20MPa）。例如要将平底履带直接更换为凸角履带，凸角履带在每一节履带上都增加了厚度5mm、深度60mm的凸角，这增加了履带与地面之间的摩擦力，对于履带行走过程中的抓地能力提升是显而易见的，这使得整台综掘机设备的抓地效果都得到大幅度改善，设备退车操作更加到位。

第三是综掘机星轮拨齿，针对它的改造主要希望解决设备在松软泥岩中遇水泥易泥化这一问题。由于轮拨齿弧度相对较小，所以在淤泥清理方面能力薄弱，容易出现综掘工作面淤泥过多这一问题，一旦综掘机陷入到淤泥中就会严重影响进尺施工操作。为有效解决这一问题，需要在星轮拨齿上调整焊接挡块，帮助其成功拨掉淤泥部分，降低人力清理成本，如此也能提高综掘机掘进速度。

第四是综掘机运溜槽，传统综掘机属于平巷施工设备，其运溜槽长度不足，这对下山岩巷综掘施工非常不利，主要是落料点无法准确把握，矸石容易落入到运输带上到导致综掘机设备卡死，同时也会大量增加人工清理工作量，设备无法正常连续化展开施工，其中安全隐患也会徒增不少。基于此，应该对运溜槽进行设计加工改造，将其槽长增加到700mm以上（原来为300mm），同时安装运溜槽前节与尾节，同时也要增加一运与二运输送带的搭接长度，改变矸石落点位置，如此就能解决上述问题，如图1。

图1 运溜槽加长后效果图

第五是综掘输送机缓冲机尾部分容易出现斜角搭接不利问题，这容易导致洒货问题出现，同时增加了清理工作量。在经过综合考量后，需要重新确定漏斗位置，主要是向前移处理，保证钢板连接方式焊接改为铰链连接，结合两边直径50mm的圆钢建立支点，将漏洞转化为可旋转漏斗，确保漏斗下开口与带式输送机中心建立关联关系。在改进以后，综掘机输送机搭接更为严密且不跑偏，不会再次出现洒货问题，人工清理工作量明显降低。

(2)综掘快速施工技术的实践改造升级要点

在针对下山巷道施工技术改造升级过程中，其底板淤泥较多问题亟待解决，而利用缓冲机尾则容易导致综掘机整体下沉。就输送带延伸过程而言，需要结合常规方式建立前移运作机制，保证综掘机完成牵引移动机尾。就清理淤泥困难这一问题而言，需要保证建立缓冲机尾与托架，结合纵梁连接处拉坏现象分析改造升级要点。保证综掘机机尾与输送机保持在同一条线上，必要时要进行人工调整，保证机尾调整时间不会太长。就操作紧绞延伸机尾过程中，需要将4个限位装置全部去掉，同时保证在自重作用下调整输送机尾，同时调整输送带，节省调整输送带时间，主动增加圆板进尺。

在对施工工序进行改进过程中，需要保证综掘机下山施工退机正常。就施工过程中而言，需要结合常规台阶法展开施工，在上部台阶施工完毕后，保证退机到下部位置。而在下部调整完毕后，则需要进行退机支护操作，整体过程中要建立“循环退机”机制，并正常实施两次“循环退机”。就退机过程而言，需要对底板位置可能存在的破坏隐患进行分析，避免综掘机后部严重下陷，出现触底问题。另外，要解决运输角度过大这一问题，避免退机困难问题出现，避免反复出现退机问题，挤压淤泥，保证清理工作执行到位。

在调整施工工序过程中，需要适当减少退机次数，结合施工工序做出相应改进，保证施工到位。即要建立切割机掘进工作机制，确保上部永久支护与退机操作到位。就施工过程而言，需要适当减少1次退机操作，保证有效缩短施工时间。换言之，要结合施工过程解决巷道底板破坏问题，加速施工进度。

另外，就是要做好下山工作面积水预排新技术，保证下山岩巷掘进施工过程中断层裂隙问题、顶板淋水问题有效解决。即要建立工作面聚集分析机制，保证底板泥岩工作面聚集到位，要在短时间内有效解决综掘机底板过度摩擦，摩擦系数急剧增加问题以及综掘机回退困难问题。就标准大气压环境下，应该保证水泵扬程控制在10.35m以上，配合常规电动水泵展开施工，施工扬程则要控制在6m以内。另外就是调整气动水泵，将吸水口完全浸没于积水坑之中，如此才能保证施工推进到位。换言之，要结合常规抽水方法满足下山巷道断层裂隙施工到位，有必要预先排放积水，遵循“超前钻孔、气流排水”的相关技术原则，在每相隔130m位置设置一个钻场，保证施工超前钻孔施工到位。另外，要利用普通直径为30mm的PVC管逐段连接展开施工，同时布置好排水孔，确保管路顶端直接与动力压气管连接。如此操作就能将深孔中的积水直接挤压出来，保证工作面围岩始终保持干燥状态，如此可为综掘机施工创造良好的作业环境[1]。

3.大坡度下山岩巷综掘快速施工技术的实践改造成果

就大坡度下山岩巷综掘快速施工过程而言，其实践改造成果明显，需要保证施工期间钻探掩护式掘进施工到位，同时增大用水量，避免工作面底板出现渗水问题。在遭遇淤泥导致退机问题时，则需要首先解决履带打滑问题，避免综掘机后部严重下陷，同时有效规避退机困难问题出现。就整个施工技术实践改造成果看来，应该结合以下几点展开分析：

首先，切实做到了对于大坡度下山岩巷综掘快速施工技术方案的有效改进。在调整施工工序方面，在施工初期采用到了循环台阶法，保证上下台阶超前4排形成锚杆距离结构，临时支护操作技术应用到位。另外就是准备了施工上台阶，对锚杆间距支护内容进行了有效调整。即建立了循环退机机制，保证1次退机安全到位。

其次，要采用到自动移动机尾延伸机制，保证机尾创冲床下部安装到位。一般来说，要采用25kg/m的轨道铺设机尾道，同时做好循环拆钉工作。如果机尾延伸，则需要利用机尾自重调整绞车控制机制，满足机尾自移要求。保证机尾延伸过程利用4个轮子配合1根锚链，且保证它们都能正常固定在机尾位置，形成循环T型结构，正常卡扣在轨道上部位置。就现场施工结果而言，它切实减少了至少1次退机，施工时间也有大幅度缩减，在减少施工过程对于巷道底板破坏情况时，施工进度也有所改善。在减少人工调整机尾与清理过程中，也能实现对掘进水平的大幅度提升，保证轨道施工水平优化，同时记录大坡度下山岩巷综掘施工进度与速度，将其速度控制在120m/月即可，满足施工安全以及各种技术性要求[2]。

4.案例分析

(1)某工程项目的基本概况

某工程项目的综采掘进区设计长度为700m，配合伪倾斜布置机制，其设计坡度控制在-20°。整体看来大坡度下山巷道层位稳定，巷道断面净宽4000mm以上，净高也达到3000mm。在采用混凝土工进行喷浆安装处理过程中，主要运用到了多台绞车参与施工，这导致需要花费大量的人力物力，施工工人劳动强度也大幅度增加，不利于工程项目施工顺利推进。

(2)某工程项目的施工问题

考虑到某工程项目综采掘进区下山坡度偏大，所以其迎头面容易出现积水问题，因此在施工清理工作中容易遇到各种困难，例如巷道无法一次成巷，需要建立两次循环施工机制才能做好拉底施工工作，这大幅度提升了施工成本，且综采掘进前移间隔也被增加到3～4d左右。

另外，斜巷运输时间一般偏长，其循环施工时间大约在12～15h左右，整体看来施工运输效率相当低下，从某种程度上严重制约了施工循环进度。

再者，某工程项目在使用喷浆机过程中必须满足远距离喷浆施工要求，所以喷浆机的安装位置也必须伴随巷道延伸并向下转移，这导致喷浆机施工工序复杂化。与此同时，综采掘进施工中也花费了大量施工人员力量，施工安全风险大幅度提升[3]。

最后，某工程项目综采区在回风下山过程中需要装备机械设备展开施工。整体看来其施工效率是相当低的，特别是单进施工水平相对偏低，施工进度一般维持在35～50m/天左右。

(3)某工程项目的综掘快速施工技术实践应用

某工程项目在综掘快速施工中应用到了大量创新技术，其施工实践应用相当到位，下文结合几点具体来谈：

①采用挖掘式装载机

某工程项目综合考察并确定采用挖掘式装载机，它主要应用于工作面施工中，考虑到综采掘进区域设计坡度控制在-20°，所以在使用传统综采掘进设备容易出现退车困难问题。而采用挖掘式装载机则主要配合绞车辅助倒退，确保迎头挖掘式装载机综采掘进距离始终控制在50m以上。在伴随挖掘式装载机逐渐适应某工程项目施工节奏后，其综采掘进速度会持续提升至120m以上。从挖掘式装载机设备本身而言，它还采用了二运桥式直接转载皮带，配备900mm宽度的输送带面，如此就能最大限度规避矸石滑落漏下问题，提高运输施工效率[4]。

②采用远距离喷浆机

在某工程项目施工中还采用了远距离喷浆机，配合混凝土施工向下山岩巷不断延伸，避免大量施工人员被施工占用，且也能缩短施工时间。在这一过程中，需要配备液压转子混凝土喷射设备，保证巷道帮部铺设直径大约为80mm的喷浆管路。在巷道施工过程中，需要从平台上直接下料，保证做到远距离喷浆施工工艺操作到位，优化相关操作技术流程，大量节省、降低施工人员劳动强度。考虑到喷浆施工效率相对较高，所以在某工程项目中也建立迎头支护与后巷喷浆施工技术机制，形成远距离喷浆机平行作业施工结构，提高施工效率。

再者就是某工程项目中装载了运输系统并予以升级，配合循环施工过程有效缩短施工时间，完整正规循环施工操作，有效降低斜巷运输风险，提高施工运行安全效率。在整个施工过程中，还需要建立两回合正循环施工作业机制，提高施工品质[5]。

5.总结

在复杂地质条件下展开矿山矿井施工，需要合理规划改造升级综采掘进施工技术，加速掘进速度。诚如本文中对于大坡度下山岩巷施工中就采用到了快速掘进技术，它对施工设备、施工技术以及施工工序都提出了极高要求。在改造升级施工设备过程中解决了掘进速度问题，而在调整施工工序后减少了退车循环，同时建立了超前钻孔施工技术体系，保证积水预先排出，工作面干燥度彻底改善。再者就是在复杂矿井条件下建立了快速综采掘进技术体系，解决施工细节问题，提高矿井开采整体施工品质。在未来，针对这一大坡度下山岩巷的施工技术内容还应当做到进一步丰富，结合实际矿井施工验证技术体系构建过程，为国内同类工程项目建设提供更多有价值参考意见与建议。