大断面岩巷综掘快速掘进工艺优化及应用

李昌秋

（郑煤集团（河南）白坪煤业有限公司，河南 郑州 450000）

为提高矿井岩巷工作面单进水平，白坪煤矿引进EBZ318 型综掘设备，替代传统炮掘工艺，但由于岩层硬度系数大、设备转运不畅、巷道受动压影响等多种因素，综掘机使用效率偏低[1-5]。基于此，以22 采区回风上山为工程基础，研究如何优化支护、施工组织，提高巷道单进效率已成为现阶段重点工作。

1 工程概况

白坪煤业22 采区回风上山上段设计为直墙半圆拱断面，净宽6.2 m，净高4.3 m，净断面22.5 m2，掘进断面24.4 m2，施工总长度844 m。其中，19°斜巷453 m，17°斜巷373 m，0°平巷车场18 m，计划每月单进90 m，施工周期为9.5 个月。巷道布置如图1。

图1 巷道平面布置图

22 采区回风上山上段沿L7灰岩底板砂质泥岩层掘进，上距主采二1 煤层间距10～11 m，下邻L6灰岩层，掘进期间除有局部滴淋水外，不具有异常含水区域，水文地质类型为中等。顶底板岩性及参数见表1。

表1 巷道顶底板岩性参数

2 生产现状

为提高矿井岩巷工作面单进水平，引进EBZ318 型综掘机，替代原有的炮掘工艺，虽然技术先进，但由于22 采区回风上山上段岩层硬度系数大、设备转运不畅、掘进断面不能满足空间活动要求等多种因素，从而影响了综掘效率。由于巷道岩石硬度大，对综掘机截齿磨损消耗大，影响单进效率。巷道受动压影响，成型较差，为协调区域措施孔施工与巷道掘进的相互关系，要定期施工巷帮钻场，增加了工作量，因此，常规情况下每月综掘进尺维持在140～150 m 左右。

3 提高单进效率优化技术方案

对综掘机投入使用后在实际生产各环节暴露问题进行分析，制定详细优化方案，通过采取针对性管控措施，不断提升掘进效率。

3.1 施工环节组织优化

22 采区回风上山上段采用“三八制”组织人员施工，综掘机每班截割完成后，对拱基线以上的顶帮施工锚网支护，两帮部锚网可滞后正头30 m施工，皮带运输机机尾可每12 m 一循环拉移一次，移动2～3 循环集中补打一次两帮部锚杆，锚索施工可滞后正头35～40 m。以此顺序施工，既不影响正头掘进时间，形成正规连续的作业循环，又可以在后续工程施工中，多种补充措施实施平行作业，最大限度地利用好时间，完成后巷的成巷工作。优化后的方案掘进，每班可施工3～4 排，每排进尺为0.8 m，日产单进可达到7.2～9.6 m。按照没有影响的情况下，每月计划作业天数30 d，月进尺至少可突破220 m。

3.2 钻场施工优化

为满足灾害治理的工作需要，结合现有钻孔施工的精度要求，巷道每掘进60 m 需要在巷帮施工一个超前探钻孔。原有设计为垂直巷帮方向开口施工矩形钻场，长×宽×高为5 m×4.5 m×3.5 m，钻场占用正头掘进时间5～6 班，且限制于钻场形状要求，只能采用炮掘方式，深部需要人工出矸，极大影响掘进效率。为配合综掘机的截割特点，发挥长摇臂的结构优势，变更巷帮钻场为斜切楔形的设计方式，如图2 所示，改进为迈步交替施工，以此最大限度地控制巷道两侧轮廓线外的煤层探查消突。区域允许掘进每循环进尺到位后，只需按照左右钻场的设计要求，摆动截割摇臂对巷帮进行破岩，以一定角度刷帮扩大纵深，待钻场深度到达设计位置后即可停止刷帮，出矸后即可恢复正头掘进，组织钻机入场探查[3]。采用优化设计方案后，钻场开口到完工只需三班时间，较原有方式施工钻场，每月可提高单进效率约30 m，极大降低了人工出矸的成本及劳动强度。

图2 交替迈步式钻场施工平面示意图（m）

3.3 支护参数变更

为满足巷道支护强度，在围岩应力较低、巷道成型较好的区段，将锚杆间排距由800 mm×800 mm 变更为间排距1000 mm×1000 mm，将锚杆托盘规格150 mm×150 mm 调整为250 mm×250 mm。增大锚杆间距同时，利用更大的托盘承受顶帮应力，在托盘后背设的平焊金属网上，增加铺设一层塑钢网，防止局部出现离层导致的漏冒性冒顶事故发生。在顶帮锚杆、锚索补打完成后，进行喷浆加固，喷厚不超过30 mm。

3.4 钻孔探查施工优化

确定施工交替迈步式巷帮钻场的方案后，设定每间隔60 m 在巷道左右两侧交替施工一个钻场，用以施工区域措施钻孔和地质钻孔的探查。钻场施工的平面图如图3（a）所示，断面图如图3（b）所示。为缩短施工工期，将原有设计的每循环5 个地质探孔和3 个区域钻孔进行优化合并，地质探煤钻孔调整角度和孔深，见煤后兼做瓦斯取样孔进行区域验证，以此减少了钻孔孔数和工程量，每循环只需施工4 个钻孔，打钻工期由8 班缩减到3～4 班。为协调好打钻施工与巷道掘进的平行作业，每循环钻孔评价超前可掘进距离为80 m，预留钻场前20 m 可供平行施工需要。因此，基本消除每月因打钻等因素造成的时间影响。

图3 钻场施工平面、断面图（m）

3.5 优化运输系统

由于22 回风上山上段为斜巷掘进，将多部胶带运输机与综掘机二运皮带和转载机溜子相连，形成完整的可连续作业的运输系统，且皮带尾终端的矸石全部进入矸石仓，形成煤矸分装分运，独立的运输系统减少了对正常煤巷掘进以及采煤工作面出煤的影响，极大提升出矸效率。

3.6 优化设备维护巡检制度

1）强化综掘机检修管理。对综掘机需要日常检修的重点部位以及可能导致故障的隐患点制定详细的排查清单，利用每天早班和中班的交接班时间，对设备轴承和旋转部位进行注油润滑；对截割炮头的截齿、齿座进行检查更换；检查油箱油位、油质是否足量清晰，油管有无破口，连接阀组有无漏油；馈电开关是否供电正常，电缆有无老化，绝缘阻值是否正常等，发现问题及时解决处理。

2）加强皮带运输机管理。制定皮带运输机的定期巡检制度，确保皮带在静态下和运输动态下的持续检查，明确皮带司机的各岗位职责，确保皮带各类保护的完好有效，一旦发生突发事故能够及时起到保护作用。

3）加强人员培训。除了日常设备检修维护到位以外，还要强化检修人员的业务能力培训，力求在出现设备故障时能够快速判断原因，恢复设备功能运转，减少对掘进时间的影响。

4 应用效果

1）经济效益。通过综掘机掘进工艺的技术改革，将单月进尺由150 m 提升到240 m，将施工周期缩短两个月。经过支护方式的改变，节省了锚杆、锚索等材料的投入，累计节约材料费用147.8 万元。由于提前两月完成施工，按照单月人工工资67.4 万元计算，可降低人工成本投入134.8 万元。由此，综合成本可节约至少282.6 万元。

2）安全效益。经过钻场施工的方案设计优化，提高综掘机的机械化效率，降低放炮施工钻场的安全风险。炮掘方式施工大断面钻场，不仅需要增加人工出矸的工作量，增大职工劳动强度，还存在空顶下作业的冒顶伤人风险，且炮后碎矸石下的埋压影响，也导致人员无法有效检查残药和雷管的爆破效果，在清理矸石过程中可能存在人工误操作引爆雷管的风险。优化方案后，全程采用综掘机截割操作，避免上述安全风险。

5 结论

1）通过优化综掘机施工工艺，实现巷道掘进与超前探钻孔的平行作业，提升巷道的单产单进水平，缩短施工竣工周期。

2）优化生产组织结构，减少过多的人工投入，降低职工劳动强度和安全风险系数，确保施工作业的安全环境。

3）优化锚网索施工参数，减少材料的成本投入，因顶帮锚网索施工工程量减少，间接争取了更多的有效掘进时间，提升综掘效率。