岩巷掘进影响因素分析及掘进工艺优化

冯开辉

（汾西矿业集团高阳煤矿，山西 孝义 032300）

1 工程概况

山西某矿20502采面开采5号煤层，煤层倾角7°，平均煤厚4.13 m，赋存较为稳定。5号煤层顶底板为粉砂岩、细粒砂岩。由于5号煤层埋深平均550 m，煤层原始瓦斯含量较高且具有一定突出危险性，为此矿井通过布置底抽巷进行瓦斯预抽。底抽巷位于5号煤层下方15 m砂岩层中，直墙半圆拱断面，宽4.6 m、高3.7 m，采用锚网喷支护。巷道采用炮掘方式，掘进进尺介于85~130 m间，平均为113 m，巷道掘进效率整体较低，平均速度未达到其他同类岩巷平均速度。现场调研发现，制约20502底抽巷掘进的主要因素包括有掘进设备、爆破孔施工参数、矸石运输路线等。为此，对制约巷道快速掘进因素进行分析，并针对性对掘进工艺进行优化，以期能提高巷道综合掘进效率。

2 巷道快速掘进影响因素分析

2.1 掘进设备机械化程度不高

巷道掘进设备机械化程度直接影响巷道掘进效率，20502底抽巷使用CMJ-17液压台车施工炮眼、耙斗机（P-30B）装矸、锚杆机（MQB-85J）支护围岩。巷道掘进过程中施工的掘进设备施工功率小、炮眼施工耗时长、耙斗机装矸效率不高，从而导致炮眼施工以及矸石外运耗时时间长，巷道掘进进尺平均仅为70 m。巷道掘进过程中使用的设备机械化程度不高、施工效率低以及功率小等成为导致巷道掘进进尺不高的主要因素[1-3]。

2.2 爆破破岩效果差

巷道掘进迎头炮眼爆破效果也会影响掘进效率，爆破效率与辅助眼、掏槽眼、周边眼等布置参数密切相关[4-8]。巷道原爆破方案见图1所示，其中掏槽眼均为直眼形式，水平间距、竖向间距分别为1 200 mm、350 mm，共计布置6个，孔径32 mm，孔深1 500 mm，孔内装入有0.84 kg炸药。周边眼数量共计30个，钻孔孔径32 mm、孔深均为2 000 mm，间距350 mm，单个钻孔内布置0.24 kg炸药。采用上述爆破掘进方案后，掘进迎头炮眼利用率仅为70%，爆破后残眼较多，进尺仅为1.3 m，采用的爆破孔布置方案整体效率较低。

图1 炮眼原布置图（mm）

2.3 装矸及运矸

巷道掘进后会产生大量的废弃矸石，矸石装车以及外运速度也直接影响巷道掘进效率。20502底抽巷通过耙斗机（P-30B）、侧装机（ZCY-60）、矿车（1.5 t）将矸石外运，单次爆破后需要外运至少2/3矸石方不会对下次爆破产生影响。由于掘进迎头矸石产生量大，矸石运输系统运量不足，每月均会出现由于矸石堆积导致掘进停滞情况发生，影响时间一般在7 d。

3 巷道掘进工艺优化

3.1 掘进设备优化

20502底抽巷使用CMJ-17液压台车、P-30B耙矸机以及矿车等进行炮眼钻进、装车以及矸石外运等，采用的机械设备存在效率低、制约巷道掘进效率等问题。为此，根据掘进巷道实际情况以及矿井其他岩巷机械设备使用情况，提出采用CMJ2-17液压台车、ZCD-60R侧装机、P-60B耙矸机进行炮眼施工、矸石外运工作，优化有的机械设备功率更大、施工效率更高。采用的机械设备具体见下页表1所示。

表1 掘进迎头机械设备参数

3.2 炮眼施工参数优化

为提高掘进迎头施工的炮眼爆破效果，提高炮眼综合利用率，对巷道炮眼施工参数进行优化，具体优化后炮眼布置方案见图2所示。迎头布置61个炮眼，其中包含8个掏槽眼、9个底眼、17个辅助眼、其余均为周边眼。其中掏槽眼、周边眼孔深均为2 500 mm、孔径均为42 mm；底眼孔、辅助眼孔深均为2 300 mm、孔径均为40 mm。

图2 优化后炮眼布置图（mm）

对炮眼施工参数优化后，施工2 300 mm炮眼残眼深度最大为300 mm，炮眼利用率达到90%以上，同时爆破炸药消耗量由2.9 kg/m3降低至1.84 kg/m3，单班循环进尺量由1.2 m提升至1.8 m，掘进进尺增幅为50%。

3.3 排矸系统优化

20502底抽巷原采用P-30B耙矸机、1.5 t矿车外运矸石，整个运输系统设备较为陈旧、排矸效率不高且各个施工工序间相互有较大影响。采用的耙矸机移动时间长、装矸效率不高。虽然后续拟采用P-60B耙矸机进行耙矸，但是也存在装矸、矸石外运等工作无法平行开展等问题。为此，对巷道排矸系统进行优化，具体为：在掘进迎头后方布置一个临时矸石仓，并采用带式输送机将迎头矸石外至临时矸石仓，后使用P-60B耙矸机、矿车等外运临时矸石仓内矸石，从而避免矸石在掘进仰头堆积，同时提高矸石外运效率。具体优化后的排矸系统具有以下优点：

1）降低了掘进迎头矸石外运等待矿车时间；耙斗机无需频繁前移，提高了耙斗机工作时间并降低劳动强度；实现了掘进巷道内破岩、装岩、运矸等平行化，提高排矸效率。

2）对排矸系统优化后，巷道掘进期间每天产生松散矸石约230 m3，每天需要安排76台矿车进行排矸，通过布置临时矸石仓解决了矸石外运效率低下问题，提高了排矸速度。

4 岩巷掘进工艺优化效果分析

对20502底抽巷掘进工艺进行优化后，巷道掘进组织安排仍采用三班制，每班完成一个掘进循环，单个循环巷道掘进进尺平均为1.8 m，日掘进进尺平均5.4 m，月掘进量达到162 m，同时巷道掘进正规循环率可达到90%以上。

对掘进工艺优化后巷道各个工序施工耗时进行监测，发现炮眼钻进以及排矸耗时较优化前分别缩短约1.2 h、1.5 h。对巷道在8—10月份巷道掘进进尺进行统计，发现月平均进尺为168 m，巷道月掘进进尺较优化前增加55 m。优化后的巷道掘进工艺不仅提高巷道掘进进尺而且在一定程度上降低了掘进工作面劳动强度，取得较好应用成果。

5 结论

20502底抽巷为岩巷，采用炮掘方式掘进，巷道存在掘进效率低、劳动强度大，同时无法满足采面瓦斯治理需要等问题。为此，对制约巷道快速掘进因素进行分析，发现巷道掘进迎头炮眼施工效率低、破岩效果差以及排矸不及时等是制约巷道快速掘进的主要因素。为此，提出采用CMJ2-17液压台车施工炮眼，提高炮眼施工效率，并对炮眼布置进行针对性优化；采用大功率的ZCD-60R侧装机及P-60B耙矸机进行装药，在掘进迎头后方布置临时矸石仓存储迎头矸石，提高矸石外运效率。现场应用后，巷道掘进进尺平均每月可达到168 m，较优化前增加55 m，取得较好的掘进工艺优化效果。