硬岩掘进技术问题研究

董超

【摘 要】在岩巷掘进作业中，发挥科技优势，引进国内外先进的生产装备和工艺，提高和完善综合机械化生产水平，使岩巷的掘进速度大幅度提高。实践表明，硬岩掘进机以及配套工艺的成功应用，改变了全岩巷道炮掘的历史，引领全岩巷道施工工艺实现跨越式发展。本文分析了硬岩掘进带来的效益，并指出改进的方向。

【关键词】硬岩掘进；科技优势；综合效益

1.问题提出

-460水平轨道大巷断面宽4.3m、高3.8m，净断面积为16.42m2。长度为520m。巷道沿煤12s-2顶板掘进，其岩性为黑色碳质粘土岩和深灰色砂岩，泥质胶结。虽然其岩石较为坚硬，坚固性系数f值在5～8之间，但围岩层理、裂隙发育，易发生偏帮、冒顶等事故。

-460水平轨道大巷采用锚、网、喷支护。此巷道属于未开发区域。劳动组织为为“三八”作业制，两掘一喷，六、两班进行掘进作业，十点班进行喷浆、检修作业。

根据以往的经验，在掘进过程中会遇到运输、粉尘、喷射混凝土速度等问题影响施工的速度和施工人员的身体健康。为了保障掘进工作的顺利进行，我们在设计和施工时采取了相应的措施。

2.实施方案

2.1完善运输渠道

为提高掘进速度和效率，决定采用硬岩掘进机进行施工。为保证掘进机出岩效率，掘进机后配套转载及宽1m的皮带运输系统，将煤矸运至矸石仓，以保证出矸的连续性。

由于巷道一侧摆放了1m皮带运输系统，影响了轨道运输，使物料运送和存储难度加大，进而影响喷射混凝土作业，导致进尺降低。为此，在巷道施工1000m左右时，施工一个长50m的大断面巷，形成一个车场，降低巷道物料运输难度；采用车头进行运输，提高运料速度。

2.2增加降尘措施

选择掘进机作业及喷浆作业的降尘、防尘方法是我们的工作重点。我们采取了一系列措施来实现降尘和防尘。

2.2.1掘进机作业除尘

仅凭掘进机自带的喷雾降尘装置无法完全消除掘进作业产生的粉尘。为此，采取了以下措施：

①在掘进机自带的内外喷雾基础上，增加喷雾位置和喷雾口的数量，并安装加压泵，将水压由原来的1MPa增加至4MPa。

②在掘进机后转载上方增加了一套2×15kW抽出式除尘风机，将负压风筒接至掘进机切割头处，将迎头粉尘吸入并引至水箱中。

③在距迎头50m处安设喷雾装置。通过上述方式，除尘效率达到了95%以上。

2.2.2喷射混凝土除尘

为了解决喷射混凝土作业粉尘的难题，引进了全封闭式除尘喷浆机。该喷浆机的除尘原理是，整个喷浆机密闭，只留上料入口；利用喷浆机电机带动扇叶，扇叶旋转将烟尘吸入粉尘室集尘；在上料机给料轴上安设喷雾装置，保证了给料期间的有效降尘。

2.2.3个人防护

引进一种同行业内较为先进的防尘口罩，做好防尘工作的最后一道防线。通过上述方法，全方位提升了降尘的效果，保障了工人的身心健康。

2.3提高喷射混凝土支护速度

采用掘进机施工后掘进速度加快，每天平均进尺达到7.2m。而喷射混凝作业最快也就是每班3.6m，喷射混凝土作业滞后掘进作业的问题凸显。为保证正规循环作业有序进行，采用了以下方案：

①与中国煤炭科工集团南京研究所合作，论证了喷射混凝土的作用。理论和实践表明，在当前支护技术条件下，喷射混凝土的主要作用是对巷道围岩的封闭，防止岩石风化。为此，决定降低巷道喷浆厚度，将喷射混凝土厚度由原来的150mm降至50～100mm。降低喷射混凝土厚度后，将以往为封闭7.2m围岩所需喷射的15车混凝土料降低至10车混凝土料，从而保证了掘进的进度。

②以往在喷射混凝土作业时，由于骨料陶粒土与水泥采用人工拌合，出现料拌不均匀的问题；由于人工上料不及时，出现喷射混凝土料不连续的问题。混凝土料配比不均匀、不能连续供料导致喷射混凝土的回弹率大幅度增加。采用螺旋杆式上料机，不仅保证了混凝土配比的均匀性，也提高注上料速度，保障了喷射混凝土出料的连续性，使回弹率由原来的20%下降到了10%，喷浆速度提高了。

2.4其他方面的措施

（1）支护技术改进。

采用锚、网、喷支护。原网片规格为1000×1000（mm），网片之间搭接需要进行绑接，造成了联网质量不好，锚杆间排距控制难度加大等问题。现将网片尺寸改为2000×1000（mm），减少了网片的搭接，提高了网片整体支护质量。

（2）巷道掘进过程中，会遇到顶板破碎、压力大等问题，采用常规锚、网、喷支护会造成巷道爆浆及变形。当巷道遇到此类情况时，在后方进行锚注加固修复，可大大延长巷道服务年限。

3.硬岩巷道综掘效益分析

3.1掘进速度明显提高

普通炮掘日进尺为平均3.2m，硬岩掘进机综掘平均日进尺7.2m，最高达9m。掘进机未发生较大事故停机问题，开机率为98%以上。

3.2提高了作业现场安全性

机械化作业，可适应复杂多变的地质环境，减少了欠挖、超挖和放炮对围岩的破坏。杜绝了在炮掘作业出现的因处理欠挖造成的人身伤害。自使用硬岩掘进机后，没有出现过伤亡事故。

3.3综合费用降低

使用掘进机后，虽然设备租赁和材料费有所增加，但减少了其它费用。据不完全统计，直接费用降低了32%。巷道制造成本为8000元/米，普通炮掘月进60米，全月成本480000元；而机掘152.1米，全月成本1216800元。两者相差736800元，剔除各种费用分摊，尤其是辅助费用的节省，大幅度降低了综合费用。

3.4间接效益更加明显

-460水平轨道大巷采用掘进机工序掘进26.6个月，如果采用炮掘每月按55m计算，完成进尺需要53.3个月，因此-460水平轨道大巷采用掘进机掘进比采用炮掘提前26.7个月完成施工，这为该矿-460水平轨道大巷的接替赢得时间。采用掘进机械化作业线后，将极大缓解紧张局面，就按保证1个年产30万吨的采煤工作面正常接替，吨煤利润按100元计算，可年创利润3000万元。硬岩掘进机投入开拓施工发挥了独有的作用，为缓解乃至彻底解决我们开拓工程欠帐和衔接紧张的被动局面，找到了一条有效途径。

3.5降低了人工成本和劳动强度

采用掘进机械化作业线后，在与炮掘同等人数的情况下，将比炮掘人均单进提高200%，每月人工费节省34500元。减少了打眼装药、放炮等环节，明显减轻了员工劳动强度。

4.改进方向探讨

4.1提高自动化程度

采用现代化测控技术，首先是掘进机操作实现自动控制，包括推进方向监控、切割电机功率自控调节、切割断面轮廓尺寸监控等；其次是实现掘进机工况监测和故障诊断监测。通过采用现代测控技术，实现机电一体化，可以最大限度地提高掘进机的使用效果，有利于改进和完善快速掘进技术。

4.2改变以往常规喷浆方式

传统喷浆的喷射材料均为混凝土，喷射混凝土施工，工作量大，所产生的粉尘给人体带来危害。采用对人体无毒无害的新型薄喷材料，可有效降低施工工作量，减少施工时间，及时封闭围岩，降低对施工人员的伤害。

4.3临时支护

国内煤矿目前普遍使用的临时支护方式为前探梁支护。前探梁支护影响着掘进速度和施工效率，且安全性也不高。采用机载超前支护系统替代原有的前探梁支护，利用掘进机本身液压系统对其支撑，在不干扰掘进机的运动和截割作业功能的前提下，实现了机械化作业，可降低工人施工强度，提高了掘进效率，保障施工人员的人身安全。

5.结论

该矿是发展型矿井，由于近些年来矿井生产、扩建同时进行，生产区域衔接极度紧张。引进、推广新技术、新装备以加快掘进速度迫在眉睫。在-460水平轨道大巷投入使用硬岩掘进机，极大提高了巷道进尺效率，改善了作业环境，通过选用与其相配套的工艺及技术，已经取得了明显的综合效益。