坚硬岩层巷道快速掘进技术研究

裴 浩

（山西汾西正佳煤业有限责任公司， 山西 临汾 041300）

引言

为了提高矿井煤炭开采效率，应尽量将巷道布置在煤层中，但是随着时间增加对于某些使用时限较长的巷道，若布置在煤层中后期围岩变形量较大，会给巷道正常使用带来影响[1-2]。为此，对于服务时间较长的采区集中轨道、运输等巷道一般布置在稳定岩层中。岩巷在岩层中掘进虽然稳定性较好，但是受到岩层坚硬影响，巷道掘进速度一般较慢，掘进速度直接影响矿井开拓速度[3-4]。现阶段矿井岩巷多是采用炮掘方式，通过凿岩机施工炮眼，现场使用过程中存在作业环境差、劳动强度高以及掘进效率低下等问题[5]。为了实现岩巷快速掘进，山西某矿引进矿用液压钻车（型号CMJ2-35）进行炮眼施工，显著提高了炮眼钻进效率，从而为岩巷快速掘进创造良好条件。

1 工程概况

山西某矿采用斜井+平硐开拓方式，设计生产能力为500 万t/年，现阶段开拓主要集中在21 采区。21 采区圈定煤炭1 900 万t，设计服务时间8 年，现正常掘进采区轨道运输巷。轨道运输巷设计断面为直墙半圆拱形，净面积20.1 m2(净宽、净高分别为5.4 m、4.3 m)。巷道在回采的6 号煤层顶板上覆25 m的稳定砂岩层中掘进，掘进范围内岩层赋存稳定。根据已有地质资料显示，轨道运输巷在掘进期间预计会揭露多条落差在1～3 m 的逆断层，断层附近岩体裂隙发育，会给巷道掘进及围岩控制带来一定影响。

轨道运输巷围岩采用锚网索喷支护方式，采用的锚杆型号为MSGLW-500（Φ22 mm×2 500 mm）的螺纹钢锚杆，按照700 mm×700 mm 间排距布置；使用的锚索为钢绞线（Φ21.8 mm×7 100 mm），按照1 500 mm×800 mm 间排距布置；整个巷道断面（底板除外）铺设规格1 500 mm×1 200 mm×700 mm 钢筋网片；在巷道表面喷层一层厚度120 mm、强度为C25 混凝土层。

2 巷道快速掘进施工方案

通过对以往岩巷掘进工艺进行分析，发现炮眼布置多、炮眼施工速度慢、占用时间长等是制约巷道掘进效率的一个重要因素。为此，矿井在2020 年9月份引进矿用液压钻车（型号CMJ2-35）进行炮眼施工。具体矿用液压钻车技术规格参数见表1 所示。

表1 液压钻车技术规格参数

巷道使用炮掘方式掘进，通过矿用液压钻车进行炮眼施工，使用长度3 090 mm 钻杆并配合Φ42 mm 钻头施工炮眼。爆破后产生的矸石使用履带挖掘机、带式输送机（DSJ80/40/2×55）外运。

根据巷道掘进断面，施工的掏槽眼深度均为2 500 mm，周边眼及辅助眼深度均为2 300 mm，具体炮眼布置见图1 所示。炮眼内炸药均采用正向装药方式，全断面装药、一次爆破，具体爆破参数见下页表2 所示。

表2 爆破参数

图1 掘进迎头炮眼布置示意图（尺寸单位：mm）

3 巷道掘进效率分析

1）凿岩效率。以往岩巷掘进时使用YT-28 凿岩机施工，由于该凿岩机以井下压风作为动力源，现场使用过程中受压风风压影响，产生的冲击能小，整体凿岩效率不高；使用矿用液压钻车后凿岩速度可依据掘进岩层硬度调整。现场测试发现，使用YT-28凿岩机施工炮眼时耗时普遍在5～15 min，掘进迎头施工完的142 个炮眼耗时至少4 h；使用矿用液压钻车时，炮眼施工耗时约为1.5 min、一般均在2 min 之内，迎头布置的142 个炮眼施工耗时控制在1.6 h 左右。使用矿用液压钻车较传统的YT-28 凿岩机炮眼凿岩效率提高60%以上，大幅缩小了凿岩时间，为后续排矸、支护等赢取了时间。

2）炮眼质量。当掘进岩层硬度较大时，使用YT-28 凿岩机受到冲击能、人工掌握炮眼深度以及角度等限制，在炮眼施工初期钻机稳定性不强，往往炮眼深度、角度等无法满足设计要求，炮眼整体质量较差；矿用液压钻车具有更大的功率，炮眼钻进深度、间距以及角度等均可严格按照设计进行施工，炮眼质量更佳，同时作业人员仅控制液压系统即可实现炮眼施工，劳动强度更低。矿用液压钻车施工的炮眼爆破后巷道断面更为平整，有利于下循环炮眼施工。

3）掘进进尺。以往岩巷掘进使用YT28 凿岩机时巷道掘进进尺平均为70.8 m/月，而使用矿用液压钻车后巷道掘进进尺可稳定到105 m/月，掘进进尺整体提高48.3%；同时巷道掘机迎头粉尘、噪声等对作业人员影响更小，以往采用YT28 凿岩机时作业人员手动控制凿岩机，不仅粉尘产生量大而且产生的粉尘、噪声会直接影响作业人员身体健康；使用矿用液压钻车后，工作人员由于通过液压系统控制，在凿岩过程可采取适当的粉尘、噪声治理措施，从而降低粉尘、噪声等影响，工作环境质量有所改善。

4 结语

岩巷一般采用炮掘方式掘进，特别是巷道掘进断面较大时掘进迎头需要布置多个炮眼，以往采用YT28 凿岩机受到设备施工功率、操作方式等限制，炮眼施工耗时较长，成为制约巷道掘进效率的一个重要方面。为此，提出使用矿用液压钻车代替用YT28 凿岩机进行炮眼施工。矿用液压钻车施工单个炮眼耗时一般在1.5 min，施工效率较YT28 凿岩机提高60%以上。

根据21 采区集中轨道运输巷实际条件，对掘进炮眼布置参数以及施工方案等进行设计，现场应用后，巷道掘进进尺可达到105 m/月，掘进效率提升48.3%以上，取得较好应用成果。