大断面岩巷快速掘进施工工艺在矿井基建中的应用

贾志超

（晋能控股煤业集团北辛窑煤业有限公司， 山西 忻州 036700）

现代化矿井向着生产集约化、技术装备现代化、施工专业化、管理科学化，方向发展。矿井采掘紧张成为煤矿高产高效制约因素，尤其在岩巷开拓过程中问题比较突出。目前，国内岩巷开拓大部分矿井仍旧以钻爆法为主的岩巷机械化作业线为主，主要采用人工钻孔+远距离放炮+破岩+装载机出矸的作业线。掘进速度一般为70 m/月。遇到矿井地质条件复杂、施工距离长，采掘衔接相对紧张等问题，为有效缓解采掘平衡、良态发展，提高大断面岩巷单进成为现场探究的技术管理问题。

1 工程概况

某矿南翼水平大巷Ⅱ段设计长度为1 147 m，巷道坡度3‰上坡，设计巷道支护形式为锚网索喷联合支护，毛断面：宽×高=4 400 mm×3 520 mm；锚杆选用Φ20 mm、L=2 200 mm 的金属螺纹钢锚杆，锚杆间排距900 mm×900 mm，菱形金属网选用为100 mm×100 mm 的钢筋，喷浆厚度150 mm。巷道施工顶底板围岩如图1 所示。

图1 钻孔柱状图

2 大断面岩巷掘进存在问题

大断面岩巷掘进存在问题主要包括地质条件问题、设备故障率高、爆破问题和缺乏组织管理问题等，具体如表1 所示。

表1 影响掘进效率因素表

3 施工方案

3.1 优化施工工艺

优化大断面岩巷施工工艺，三八制作业方式改为滚班制，要求每班完成“掘- 锚”作业，一次成巷，利用早班皮带检修时间集中喷浆，定期复喷，做标准化工作。因而，施工工艺变更为交接班安全检查→校对中腰线→洒水防尘画轮廓线→打眼→装药→爆破→敲帮问顶→临时支护→出矸→锚网索永久支护→喷浆→洒水防尘及养护→下一道工序。

3.2 优化光面爆破质量

施工中采用中深孔光面爆破技术、直眼掏槽,严格按中、腰线标注巷道轮廓线。

周边眼应布置在设计轮廓线上，一般向外或向上偏斜3°～5°，炮眼间距为350～600 mm，密集系数为0.5～1.0。二类围岩周边眼眼痕率达到80%以上，三类围岩达到50%以上。借用激光指向仪定位，炮眼位置巷道不得欠挖，超挖量不应大于设计轮廓线的150 mm。打眼钻杆由原来的2.5 m，改为3 m，确保每茬炮眼单进为2.5 m，从而提高了循环进尺。

3.3 优化劳动组织

1）每个班实行6 名打眼工+3 台风钻配合同步施工、并要求工程技术人员提前做好围岩预测预报工作，及时调整爆破参数，力争达到光面爆破。

2）在确保安全前提下，开展多工序平行作业。迎头打眼与后方装载机出矸平行作业，装药与回撤机具平行作业，在放炮与准备支护材料平行作业，“锚杆支护+挂网片”平行作业等。利用标准化时间，一般可以利用矿井每日检修时间修整巷道、喷浆、打水沟等标准化做尾工平行作业。

3）实行滚班制。可有效缩短交接班时间。在每茬炮后，利用炮眼吹散时间，给值班室汇报工作进度，并可通知另一个班支护班准备下井施工。在上个班支护完成时，另外一个班打眼工即将到位，从而缩短了交接班时间，提高人员效率。

4）加强电工现场检修，充分利用充分利用全矿井检修班时间，每班安排电工现场跟班检修，确保机电设备24 h 正常运转。杜绝了因机电事故处理时间长而影响工作面出矸，进而影响循环进尺。

3.4 优化系统，严把质量

3.4.1 压风供水系统改进

改进压风系统,管路由原来的2 寸改为4 寸和供水管路6 寸，并紧随工作面，确保了3 台风钻和喷浆机同时作业。确保实现“三个延伸，两个保障”。

3.4.2 工程技术人员紧盯现场

首先地质科做好预测预报以及井下特殊构造识别预判，技术科优化支护工艺，调度室充分调动全矿井人员服务井下生产。其次充分发挥职能部门作用，加强现场安全监督，安监站、通风区、掘进办充分把控现场质量监督，防止因过渡追求进尺，忽略质量。

4 试行效果

4.1 缩短工期

2 煤南翼皮带大巷5 月份进尺计划90 m，实际月进尺143.7 m，超计划进尺59.7%，工期较比设计工期提前23 d，有效缓解采掘紧张的情形。

4.2 循环进尺提高

2 煤南翼皮带大巷5 月份计划日进尺3 m，实际两天5 茬炮，日均单进6.25 m，单进提高了108%。

5 矿压监测

在巷道快速掘进过程中，冒顶事故往往是造成顶板围岩失稳的主要表事故隐患。因而需要重点关注巷道围岩“两量”（即巷道在掘进过程中，锚网索喷支护结束后，定期观测顶板下沉量以及水平移近量的变化情况）。

针对2 煤南翼皮带大巷，在大断面快速掘进过程中，在巷道顶板以及两帮安装应力传感器，用于实时观测巷道形成后的围岩变形情况，判断顶板破坏范围，对巷道稳定性进行识别，对巷道现有支护进行评价。

通过对巷道每隔30 m 设置一组观测装置（含顶板以及两帮数据采集装置），进行一个月数据记载形成如图2 所示围岩变形量随时间变化的曲线。

图2 巷道围岩随时间变形量

通过为期一个月的数据采集，可以得出，巷道形成后，原岩应力发生变化，顶板下沉量以及两帮移近发生数据变化。顶板下沉量表现尤其明显。巷道掘进后，变形比较平缓，24 d 左右，巷道变形量趋于稳定，顶板最终下沉量为32.3 mm，两帮移近量为15.8 mm。顶板离层值较小，浅部离层值最大为13 mm，离层量深基点趋于稳定值，经过一个月之后，未发生离层现象，两帮未发生片帮情况。在通过日常随机对锚杆以及锚索做现场拉拔试验，锚索拉拔力合格，锚杆锚固力达标，锚杆锚固力200 kN 以上。对于部分锚杆锚固力不合格现象，对锚杆进行二次加固，若锚杆支护失效，则要求施工队在失效锚杆周围进行了补打，从而进一步保证支护质量合格。

6 结论

通过一个月的南翼水平大断面快速岩巷施工，取得了一些好的效果。

1）实行中深孔光面爆破是一项实施大断面快速掘进的有效技术措施。

2）在确保安全的前提下，实行多工序平行交叉作业可提高工序衔接效率。

3）采用风钻打眼，装载机与皮带运输出矸，实现炮掘工作面机械化程度达到85%，减轻人工工作强度，提高矿井人工工效。