岩石巷道快速掘进技术

岩石巷道安全快速掘进技术探析

[导读]重点探讨了硬岩爆破新型高威力安全炸药与相关爆破专家系统的研究方向，可供相关科技工作者参考借鉴。

摘要：针对硬岩巷道安全快速掘进施工问题，探讨了有关目前实现坚硬岩石巷道安全快速掘进需要解决的技术问题，重点探讨了硬岩爆破新型高威力安全炸药与相关爆破专家系统的研究方向，可供相关科技工作者参考借鉴。 关键词：岩巷 安全 快速 掘进 0 引言

随着我国工业化水平逐步提高，能源的需求量日益增加，而80％的能源来自煤炭。岩巷工程是煤炭工业发展的基石，也是企业可持续发展战略的要项工作[1]。岩巷快速掘进是矿井水平、采区、采场“三大接替”顺利进行的根本保证。岩石巷道施工时，如果巷道断面大，完整坚硬（f>12），前方构造透明度低，势必影响掘进速度，进而影响煤炭高产高效。为了实现岩巷掘进速度的提高，满足日益增长的煤炭需求，本文对现有的有关岩巷掘进的装备、技术等发展方向进行了初步总结和分析。

1 快速掘进机械配置

在岩石巷道掘进施工时，要根据巷道掘进时巷道运输、通风、排水、通讯、电力、高压风水管路、工人上下班及施工管理等具体情况，对机械配置、运输方式的选择、钻爆作业、运输装碴作业、锚喷支护作业及机械车辆方案进行合理调配，满足施工需求[2]。

1.1 改进设备装备，提高机械化作业水平：机械设备要保证现场操作安全，提高掘进效率，降低劳动强度，而且巷道成型要好。 1.2 合理布置装运碴作业线：所选择的装碴机械必须具备装碴效率高，性能稳定，坚实耐用的特点。机车和矿车应统一考虑，选择大容量矿车必然要选择大功率机车，二者必须匹配。还要考虑线路铺设质量和装运碴设备数量等因素。

1.3 改进施工工艺，实现掘喷平行作业：掘喷平行作业能有效缩短循环时间，有利于采用合理中深孔爆破，进行大循环作业，大大提高掘进速度。

1.4 采用科学的施工组织和管理方法：组织正规循环作业和多工序平行交叉作业，严格执行一系列行之有效的管理制度，提高职工的业务素养，确保机械设备的正规使用和爆破技术的严格执行。 2 超前地质探测技术研究

可靠准确的巷道超前探测技术是巷道掘进安全保障。多年来，世界各主要采煤国都投入了大量的人力物力对该技术进行技术攻关，并取得了许多成果。但总的来说，对煤层巷道掘进过程中所遇到的小构造问题探测与分辨效果不太理想，因此必须进行更加深入细致的探测技术手段研究。 目前国内外在煤矿地质探测方面除地质理论预测和巷道、钻探勘探技术外，主要采用矿井工程物探技术进行，其方法手段有矿井震波法和矿井工程电法预测。但是由于矿井地质条件的复杂性和地下介质的多样性与不均匀性，目前国内外还没有一个完全可靠的超前探测预测技术。我国矿井地质工作虽然有了一定的装备，但与采煤技术相比，在该领域的研究尚存在如下三个方面的技术问题：①受井下干扰因素影响，单一方法探测结果存在较大的误差；②落差小于煤层厚度的断层控制程度不足；③各种探测手段对于不同的矿井各有侧重；④煤岩层的差异对于探测方法具有二重性，既是探测前提又是制约因素。因此，采用多种方法的综合物探技术进行地质构造探测将会对岩石巷道安全快速掘进施工发挥关键性作用，是今后煤矿地质探测技术的发展新方向[3]。 3 新型爆破炸药与爆破专家系统研制

我国《煤矿安全规程》规定，在具有沼气（CH4）爆炸危险的矿井，只容许采用三级煤矿许用炸药进行爆破作业。对于软岩和煤，采用三级煤矿许用炸药能够满足爆破破碎的需求，但是对于中硬以上（一般f>6）的岩石，现有的三级煤矿爆破破岩效果显得不尽如人意。大量的生产实践证明，对中硬岩石，采用三级煤矿许用炸药，爆破的炮孔利用率低，岩巷掘进效率低下，不能满足煤矿建设和煤炭高效开采的需要。因此，研制适应中硬岩以及硬岩巷道掘进的高威力煤矿炸药和适合高能安全炸药的可靠的起爆器材是巷道掘进技术的一大发展方向。所研制的高威力炸药既要具有更高的爆炸能量水平又要具有足够高的沼气安全性，两者必须兼顾。

目前，现场岩巷掘进光面爆破施工作业图表和爆破设计说明书的编制还都是手工作业，误差大、速

度慢、强度高。并且多数情况下是一套说明书、一套炮眼布置图和爆破参数表使用一条巷道，不能紧跟工作面岩石性能、炮孔深度等的变化而迅速调整更新，也就很难真正做到合理指导施工。特别是中深孔、深孔控制爆破技术方面专家系统的研究尚没有现成的资料。因此，研制一套完整的适用于不同巷道断面、不同岩性、不同炸药、不同炮孔深度和炮孔直径等施工条件下爆破施工设计说明书（包括爆破图表、爆破参数和相关的安全技术措施等）对现场爆破作业具重大现场指导意义[4,5]。 4 岩巷道掘进围岩有害气体监测技术 根据现场实践，一般情况下岩石掘进施工中瓦斯涌出量很少，但是如果岩石局部裂隙与上下煤层贯通、或有溶洞，掘进时也会到瓦斯有害气体的突然喷出现象。另外，岩石中如果存在有机质含量高的炭质夹层，掘进中可能产生甲烷或着其他重烃。这就需要在快速掘进的同时配套瓦斯等有害气体的监测监控。一要研究岩巷快速掘进时地质构造区域瓦斯等有害气体异常涌出规律及监测技术；二要建立岩巷快速掘进至地质构造区域异常瓦斯灾害防治技术体系。力保岩巷快速掘进监测监控的安全有效，保障岩巷掘进安全快速。 5 结论

岩巷快速掘进是矿井水平、采区、采场“三大接替”的根本保证，要解决岩巷安全快速掘进问题，除了要合理配置岩巷掘进机械和加强施工管理外，深入研究超前地质探测技术、针对硬岩的新型高威力安全炸药与爆破专家系统、快速掘进围岩有害气体监测监控技术。 参考文献：

[1]时召林.谈谈淮南矿区岩巷快速掘进[J].科技信息,2008,17: 305.

[2]牛庆长.长大隧道快速掘进机械配置[J].山西建筑.200834(16): 346~347.

[3]田劼，韩光，吴钰晶.矿井独头巷道掘进超前探测技术现状[J].煤炭科学技术.2006,34(8):17~19. [4]陈士海.岩巷快速掘进爆破技术.工程爆破.1998.4(3):23~25.

[5]杨国春，王树全，李栋国.硬岩隧道深孔爆破技术影响因素及参数的合理确定.长春工程学院学报(自然科学版).2003.4(4):8~11.

对实现岩巷快速掘进技术的探讨

摘要：随着矿井产量的逐年增加，采掘衔接紧张的矛盾日益突出，岩巷掘进在煤矿建设和生产中占有重要的位置。本文阐述了当前岩巷掘进技术发展中存在的若干主要问题，并结合工作实践提出了相关解决办法，对实现岩巷的快速掘进有一定的借鉴意义。 关键词：岩巷 快速掘进 对策 引言

岩巷掘进在煤矿建设和生产中占有重要的位置，在新井建设中， 岩巷掘进工程量一般约占总工程量的40%～50%，在生产矿井中占总工程量的25% 左右。由于经济的持续发展对煤炭需求不断增加，矿井产量逐年增加，矿井开拓掘进进尺也大幅提高，但采掘衔接紧张的矛盾却日益突出，特别是涉及到采区衔接、水平接替的开拓延伸巷道，这就要求巷道的掘进速度相应加快。但由于我国的掘进设备革新慢，适应性差、技术不过关等因素影响，掘进技术的发展缓慢已越来越成为煤矿可持续性发展的瓶颈，也是广大技术人员需要研究的关键性问题。 淮北矿区地质构造复杂，瓦斯威胁大，打钻频繁，严重影响了岩巷掘进进度，而且随着向深部开采，高地温、高瓦斯、高地压等技术难题，加之部分矿井排矸系统能力不足，严重制约了岩巷单进水平的提高。下面笔者结合自己的工作经验，对岩巷快速掘进技术中存在的问题谈几点认识。 1 影响岩巷快速掘进的因素

1.1 机械化装备水平低 我国岩巷机械化作业线主要分为两大类。一类是高档机械化作业线，即打眼、装岩、转载、运输等主要环节实现机械化配套，用凿岩台车或钻装锚机组配大功率高效导轨式凿岩机打眼，无轨装载机全断面装岩，使工人从繁重的体力劳动中彻底解放出来，实现高速高效和文明生产。另一类是装载、运输采用机械化，而打眼、喷浆等仍采用人工作业，属于普及型机械化作业线。我国对岩巷掘进设备的研制与生产起步较晚，尤其是液压凿岩机、钻车及主要配套液压元件等的质量、性能等技术指标与国外同类产品相比尚有一定差距，而且高档机械化作业线设备投资较高，从而限制了其广泛应用。

1.2 矿井生产管理制度不够健全 掘进工作应有完善的、科学的管理制度作保障，否则易造成分工不明确、责任不清楚，相互之间不能协调一致和通力合作，且各工种间时常会出现矛盾，致使设备不能正常使用或提前损坏。

1.3 对设备的维修保养认识不足 机械设备事故是影响掘进速度提高的重要因素，很多工人和机电维修人员对设备的结构、性能、原理、维护的基础知识、常见设备故障、诊断方法、设备事故处理措施都不熟悉。另外很多煤矿不能采取严格的维修保养制度，及时更换、修理已损坏或磨损严重的配件，做好备件的存储工作，从而降低了开机率，不能充分发挥每一台设备的机械效能。

1.4 爆破技术比较差 目前，我国岩巷掘进爆破的特点是巷道宽度小，自由面少，岩石所受夹制作用强，而现场施工仍普遍存在少打眼，多装药，乱放炮的现象，造成的后果是炮眼利用率底，岩石碎块抛掷远，爆堆不集中，周边超挖量大，成型质量差，围岩松动破坏严重，在松软岩层中周边很难留下半边眼痕，不仅影响了巷道掘进的速度，增加了出矸量和支护材料消耗，也降低了巷道的稳定性和安全性，对于f＞8～10的较为坚硬的岩石，其炮眼利用率一般在60％～80％。 2 提高岩巷快速掘进的对策

2.1 爆破工艺创新 开展硬岩中深孔爆破技术研究，探索适合淮北矿区地质特点的爆破参数、装药结构，提高循环进度。岩巷掘进进尺主要取决于爆破效果，爆破效果如何又取决于掏槽方式、眼深、炮眼角度、装药形式等爆破参数。通过试验得知在岩巷掘进中，增加炮眼深度，采用中深孔爆破技术，可以增加循环进尺，增加一次爆破岩石量，减少打眼装岩等工序的辅助时间，有利于提高掘进速度和工效。使用气腿式凿岩机，炮眼深度受到限制，因此必须先改进打眼机具，提高工人操作水平，炮眼深度才能考虑加大。炮眼加深后，掏槽效果的好坏直接影响全断面爆破效果，炮眼深度在2m～2.5m时，以直眼掏槽为好。为了提高中深孔直眼掏槽的掏槽效果和炮眼利用率，须在装药眼附近布置空眼以增加自由面，还需要合理的确定相邻装药眼的眼距、掏槽眼的几何形状、装药量和装填结构。

2.2 加大投入，提高装备水平，推进岩巷施工机械化 淮北矿业集团公司岩巷掘进多年来一直沿用风动凿岩机，但液压凿岩机在性能上要优于风动凿岩机，如械械性能好，凿岩速度快，比同类风动凿岩机提高1倍～2倍；动力消耗少，能量利用率高，液压凿岩机仅为风动凿岩机能量消耗的30%左右；操作方便，适应性强，对不同性能的岩石具有很好的工作性能。所以应该推广使用以调车盘、耙斗装岩机为主，以侧装机、全液压钻车为主，以电动凿岩机为主和以钻装锚机组为主的4 种岩巷机械化作业线，同时应注意各种配套设备的性能及特点相互匹配。 2.3 加强劳动组织管理，实现多工序平行交叉作业 在保证安全和不违反煤矿安全规程的前提下，大力开展多工序平行交叉作业。应根据施工设备和施工技术及管理水平，对各工序的作业时间和潜在能力进行必要的测定和留有余地的计算，合理地确定循环方式。在岩巷掘进中，主要是凿岩和装岩两个主要工序的平行作业，但其他各工序也应尽可能地采用平行作业，如专人画轮廓线；分区域定人、定钻、定眼位、定质量；工作面打眼与出矸平行；装药与撤工具平行；打锚杆喷浆与铺道移耙矸机平行；工作面倒矸与清理现场平行；钻下部眼与工作面敷设临时轨道平行作业；工作面打锚杆与装岩平行作业等。

2.4 加强工人进行培训的机会，充分调动职工工作积极性 为了充分调动工人积极性，我矿严格按照按劳取酬的工资奖励制度，实行科学合理的计分模式及验收标准。掘进作业班组工资和奖金同掘进进尺、设备日常维护、文明施工挂钩。维护工和其它辅助人员工资和奖金同掘进作业班挂钩，并同日常的工作质量挂钩。为了提高整支队伍的战斗力，我矿多次举行劳动竞赛，如打眼比赛、喷浆比赛等，有利的调动了职工的积极性，使职工在工作中感到快乐，工作更加积极主动。另外应加强对井下施工人员进行技术培训，在应用新技术方面，要做到技术交底。技术人员要经常下井进行技术指导，各个关键技术环节及应该注意的问题，要交代清楚。对于井下出现的问题，管理人员要及时妥当及时处理，不能拖拉造成窝工，以至于减缓掘进速度。 3 结束语

岩石巷道的掘进是一个系统工程，影响岩巷施工进度的因素很多，特别是机械化水平、排矸速度和爆破效果是影响掘进速度的关键环节。在岩巷施工过程中，只有通过对现场认真考察，找出影响岩巷施工进度的各种因素，采用科学的施工组织和管理方法；完善制度、严格考核；加强培训、推进岩巷专业化队伍建设，加大技术创新，才能将岩巷的快速掘进水平再推上一个新的台阶。

煤岩巷道快速掘进工艺技术及其装备的研究与实践

本项目研制生产出新型高效锚杆锚索机与S200MJ掘进机、连运机，因此形成新型连续快速高效掘进配套系统，该系统主要是采用掘进机与锚杆机及锚索机平行作业工艺，实现双巷掘进。大大提高了综掘机和锚杆机施工利用率，达到掘支平行作业的目的，能充分发挥设备性能， 提高了工效。确保大断面巷道掘进、支护、通风防尘与运输等多工序高效作业，改进生产工艺，实现安全高效掘进。

一、性能指标：

1)煤岩巷掘进装备的研制，解决包括锚杆锚索机、连掘机、连运机等设备的关键技术，达到国家煤矿设备的安全标准；2)研究与连掘机配套的施工组织与施工工艺技术，实现煤岩巷的快速掘进；3) 研究高瓦斯矿井、厚煤层、大断面巷道支护设计理论和设计方法以及与连掘机施工配套的运输、防尘、除尘技术；4)在高瓦斯大断面复 杂顶板条件下掘进现场试验与应用获得月均进尺1872米的进尺速度。

二、技术的先进性和创新性：

新型高效锚杆机与锚索机与国外同类机器相比有以下显著优势： 1)安全、环保

锚杆(索)机最前方安装有两套分离式可升降临时支护和1．2米高防片帮护板，施工人员在有防止片帮护板环境下作业，可充分保证人员和设备的安全． 2)便捷、灵活

锚杆(索)机长度为4．2米，机体体积远小于国外设备，可以原地旋转，调机方便灵活；机体中间部分有1．2米宽的行走通道，运料人员走专用通道，节约运料时间，能有效防止片帮伤人事故发生．

3)功能齐全、适应性强

锚杆(索)机安装2台自带升降操作平台的顶锚杆(索)机，钻机门架可以完成水平移动、前后8角度、左右4 5度角摆动，且门架钻机连同操作平台能整体升降1．2米，在不装加长杆情况下可支护6米高冒顼巷道，人员联网、上锚固剂简捷方便。每台钻机的电器、液压系统相互独立，工作性能可靠。事故判断容易、检查维修方便。机组重 量轻、爬坡能力强，对不同巷道适应性好。 三、推广应用前： 1)应用效果

目前影响我国煤巷掘进速度的主要原因是支护时间太长，并且支护与掘进又不能同时作业，使得掘进机的开机率低，限制了进尺水平的提高。本项目通过新型锚杆机和锚索机的研制，可从根本上解决此问题，实现平行作业，提高掘进速度。采用连掘机实现双巷掘进是掘进施工工艺的重大变革，为我国巷道掘进工艺改革提供了一条成功经验，使掘进工效得到了大大提高。达到了完全采用国产设备实现快速高效掘进的目的。