煤矿开拓掘进工程快速施工技术研究

关键词：煤矿；开拓；掘进；施工；技术；因素； 
引言
煤矿生产，掘进先行。近年来，由于综采技术的快速发展以及矿井瓦斯抽采的现实需要，掘进速度的相对滞后给安全生产带来了一定压力，也成为制约煤炭生产的一个主要问题。如何实现安全快速掘进对于煤矿安全生产具有重要意义。
1.煤矿开拓掘进施工机械设备及生产技术因素
1.1机械设备
钻眼.爆破与装运是巷道施工中主要工序，而钻眼与装运设备的合理选择及使用将直接决定巷道掘进速度。
1．1．1钻眼
当前巷道掘进普遍使用的仍是气腿凿岩机（如7655型.YT-28型.YTP26型等），由于气腿凿岩机输出功率小，钻速低，所钻炮孔深度浅，要想提高工作面钻孔速度，就得多机作业，但掘进工效仍无法提高。我国部分工程项目已采用单臂.双臂或三臂凿岩台车进行施工，但就我国凿岩设备使用及更新程度来说，大部分仍停留在__.第二代水平，即气腿凿岩机或半液压凿岩台车水平。而国外在大断面巷道中已基本采用盾构机或TBM掘进机，小断面内均采用凿岩台车，使得钻孔时由换钎.定位.开孔钻孔.返钎均全部自动化控制。另外，60年代美国__台直径3.1m的全断面掘进机试验成功（页岩中月进尺达到2087.6m），给巷道掘进带来新的革命。又经近五十年来不断研究，从技术角度出发，它已能在任何岩石中钻进。由于全断面掘进机掘进速度快，成本低，工效高，巷道掘进质量好，又安全可靠，所以其势必将取代其他凿岩设备。
1．1．2装运
装岩工序在平巷掘进中占整个循环时间的30～50%，当前国内已基本实现机械化作业。从五十年代到现在，我国工程施工中装运机械共进行了四个阶段的更新，在装岩上总的趋势是从效率低的装载设备为主的间断出碴设备配套，向高效率连续出碴设备配套发展，即采用连续作业的蟹爪式或立爪式装载机与皮带转载机和矿车配套，或采用的无轨铲运机出碴或与大吨位自卸汽车配套出碴，其可把掘进工效提高1－2倍，采准时间缩短75－80%。
1.2生产技术
根据我国井巷掘进当前施工水平，广泛采用的仍是钻爆法施工，而支护方式基本为锚喷支护。该方法在施工速度.安全质量.劳动强度.生产成本方面均优于传统的架棚支护和砌碹支护方式。但施工中仍存在一些问题，如由于巷道成形欠佳造成网.喷质量差，锚杆安装质量不好等，对于围岩较差地段不但会存在安全隐患，而且还会制约井巷掘进进度。
1．2．1改进光爆技术，加强巷道成形
当前巷道爆破均采用光面爆破，而大多为浅孔爆破，为提高进尺，可从加大孔深和孔径入手，并且经多年实践，中深孔（5m）爆破也是可行的。同时，为加强巷道成型，由于加大孔径而减少的扩炮孔数量可转移至周边，即增加周边眼数量，保证光爆效果。而且，增加孔深和炮眼数可以提高台车的纯钻眼时间，充分发挥高效设备的利用率。
1．2．2合理选择锚杆，提高安装质量
锚杆是否发挥作用，最关键是选型是否正确及安装规范与否。不同围岩需选用合理的锚杆，如砂浆锚杆.树脂锚杆.中空注浆锚杆及预应力锚索.对穿顶应力锚索等。锚杆安装角度.锚垫板是否贴紧岩面及注浆是否饱满，都将直接影响锚固质量。
1．2．3选用合格材料，保证网喷质量
  金属网主要增加喷砼的抗弯强度和韧性，但其安装时必须紧贴岩面。选用合格的喷浆料生产砼，并选择湿喷工艺，不但可提高喷浆效果，减少回弹率，还可改善工作环境。
2.实现快速掘进的途径
2.1 创新改进支护工艺与技术
（1）严格支护设计，确保支护强度。开展快速支护参数及工艺研究。结合现场具体条件，选择合理的掘锚工艺技术，进一步优化锚杆支护参数，减少作业工序，缩短安装锚杆的时间，加快锚杆支护速度。在软弱破碎煤岩体.高应力等困难条件下大断面.受二次动压影响的巷道支护，可采用强力锚杆.锚索支护系统，使用直径25 mm 强力锚杆（极限拉断力 420 kN，屈服力为 320 kN，延伸率18％，杆尾螺纹规格 M27），钻孔直径为 34 mm，配 K2835.Z2860规格的树脂锚固剂及相应强度的托板；直径为 19 mm 和 22 mm型强力锚索，树脂端锚配合钻孔为 d 28 mm，树脂与注浆联合锚固配合钻孔为 d 32 mm 或 d 36 mm。其中，d 19 mm 的锚索为 7 股钢丝组成（极限破断强度为 40 t，延伸率为 4.5％左右）；d 22 mm的锚索为增加其可弯曲性能，采用 19 股钢丝组成（极限破断强度为 60 t，延伸率为 7％左右）。从锚杆支护设计方法.支护材料.井下施工工艺及监测方面进行综合研究。在掘进巷道断层.破碎带条件下,可选用新型聚合注浆产品等支护材料，还可选用矿用工字钢＋金属网＋锚杆＋局部锚索＋局部注浆联合支护方式，解决松软顶板巷道支护技术难题。
（2）开发锚杆快速安装工艺，即搅拌树脂卷，上托板.拧螺母一次完成，提高支护效率。
2.2 推广改进锚杆施工机具
（1）传统掘进工艺中，采用 MQT－120 型风动锚杆钻机进行顶板锚杆眼的钻孔.顶板锚杆的搅拌安装；采用 ZMS35 型风煤钻打帮锚杆眼，风动锚杆安装器搅拌安装锚杆，人力扳手预紧。根据现场围岩情况，在顶板为砂岩.页岩时，可采用 MQT－120 型风动锚杆钻机进行顶板锚杆眼的钻孔.顶板锚杆的搅拌安装。紧固螺母采用风炮。在煤巷.半煤巷帮部则采用 7665 型风钻钻孔，采用防突钻机搅拌安装锚杆，紧固螺母采用 2600 型气动扳手。同时，锚杆使用机械安装，安装可靠性高，避免了人工操作的随意性，保证了安装质量。避免了过去锚杆使用扳手人工紧固时随意性强，难以保证足够的预紧力等问题。
（2）引进大功率气扳机安装锚杆，避免人工紧锚杆，保证锚杆安装质量。每根锚杆的安装时间平均减少 5 min 以上，大大减少了支护时间，可以提高锚杆的初锚力和可靠程度，进一步提高巷道单进水平。
（3）在现用风动锚杆支护钻眼机具的基础上，引进适应硬岩条件煤巷施工的掘锚一体化钻机。
（4）引进或研发大扭矩旋转———冲击新型锚杆钻机，加快钻眼速度，提高掘巷速度，解决硬岩条件下打眼难题；供风不足的锚杆支护巷道施工点，可选用液压锚杆钻眼机具。
2.3 引进发展新型掘锚机具
（1）认真总结推广锚杆支护技术经验。对掘锚作业线进行综合调研，结合矿井现有条件，引进国内外先进设备.技术.工艺。引进 EBZ-160 型等型号的大功率掘进机和全岩掘进机，实现煤巷单进突破的新目标。
（2）发展掘锚新机具。就目前的施工工艺而言，影响快速掘进的主要因素有两方面：一是掘进机割煤速度的快慢，二是锚杆机打眼安装速度的快慢。这种方法的主要矛盾是掘进工作面的开机率较低，一般在 30％以下，支护时间过长，跟不上机掘速度，影响单进水平的提高。因此，发展掘锚联合机组，实现“掘支锚一体化”平行作业，将是加快煤巷锚杆支护单进速度的有效手段。
2.4 引进胶轮车保证运输
引进胶轮车运料，既减少了用工又能提高效率，满足快速掘进需求。
2.5 加强施工组织和管理工作
施工要达到快速.优质.低耗和安全的要求，除合理地选择先进技术和设备配套外，还要正确选择作业方式，采用行之有效的施工组织与科学的管理方法。
（1）进一步加强现场施工人员的技术培训，不断提高职工技术业务素质，确保煤巷施工质量。
（2）严格管理，政策引导。建立健全掘进队组《安全管理制度》《质量验收制度》《各工种岗位责任制》等一系列规章制度，加强对掘进队组的管理，向管理要效益；出台《重点队管理及考核办法》，重点从工资等方面给予优惠政策，实行多劳多得的分配政策。
（3）加强地质勘探，坚持“有掘必探”。可靠准确的巷道超前探测是巷道掘进的安全保障。应采用矿井工程物探.钻探等多种方法进行地质构造探测，防止透水等事故发生，确保安全施工。
3.结束语
快速掘进是一个系统工程，包含人.技术装备.生产工艺以及劳动组织管理.安全等诸多因素，任何一个环节的欠缺都会影响到整个掘进施工的进度。因此，需要采取多种措施提高掘进效率，实现快速安全掘进。
作者简介：王颂华（1976－），男，汉族，湖南双峰人，中煤科工集团武汉设计研究院工程师，主要从事矿井工程设计工作。

参考文献
[1] 中国矿业大学.井巷工程[M ].北京:煤炭工业出版社,2011.
[2] 黄献珊.建井提升运输设备[M ].北京:煤炭工业出版社,2009.
[3] 王文龙.钻眼爆破[M ].北京:煤炭工业出版社,2010.