大断面硬岩巷道炮掘快速施工技术研究.pdf

39引用格式：周庆宏，肖殿才。大断面硬岩巷道炮掘快速施工技术研究J煤炭工程，2 0 2 3，55（7）：39-44.文章编号699007-0039-06文献标识码：A中图分类号：TD263doi:10.1202307007COALENGINEERINGVol.55,No.第55卷第7 期程炭煤大断面硬岩巷道炮掘快速施工技术研究周庆宏，肖殿才2（1.安徽理工大学机械工程学院，安徽淮南232000;2.淮南矿业（集团）有限责任公司深部煤炭开采与环境保护国家重点实验室，安徽淮南232001)摘要：为了解决采区系统巷道掘进效率低、准备进度慢的难题，分别从支护设计、爆破参数、设备配备、排研效率、施工质量以及组织管理等方面分析了影响掘进效率的原因，提出了大断面硬岩巷道“差异化支护设计一设备配备与改进一线性聚能爆破一柔性连续排研系统一施工及劳动组织保障”的岩巷炮掘快速施工技术，并在潘三矿西三下部采区轨道大巷进行了工程实践，形成了“液压钻车打眼一线性聚能爆破一安全高效支护一柔性连续排研”的岩巷炮掘快速施工作业线。实践表明：大断面硬岩条件下的岩巷炮掘快速施工技术能够实现“快速打眼、高效进尺、连续排研、有效支护”的安全高效掘进，进尺效率提高了12 6%，月进尺达到8 6 m，人工工效提高至2.04m/（人月），显著提高了岩巷炮掘的进尺效率。关键词：大断面；硬岩巷道；炮掘；快速掘进Rapid construction technology of large section andhard rock roadway blastingZHOU Qinghong,XIAO Diancai?(1.College of Mechanical Engineering,Anhui University of Science and Technology,Huainan 232000,China;2.State Key Laboratory of Deep Coal Mining and Environmental Protection,Huainan Mining(Group)Co.,Ltd.,Huainan 232001,China)Abstract:Aiming at the low roadway tunneling efficiency and slow mining area preparation,the reasons affecting theexcavation efficiency were analyzed from the aspects of support design,blasting parameters,equipment,efficiency of ganguetransportation,construction quality and organization management.Rrapid construction technology of large section and hard rockroadway blasting was put forward,comprising differential support design,mechanized equipment and improvement,linearenergy accumulation smooth blasting,flexible continuous gangue discharging system,construction technology and labororganization guarantee.Engineering practice was carried out in the track roadway of west-3 lower panel of Pansan Coal Mine,and the rapid construction line of rock tunnel blasting comprising of hydraulic drilling-linear energy accumulation smoothblasting-safety and efficient support scheme-flexible continuous gangue discharge.Practice shows that rapid tunneling of largesection and hard rock roadway was realized using the rapid construction technology of rock roadway blasting,with the fastdrlling,efficient tunneling,continuous drainage of gangue and effective support.The tunneling footage was increased by126%,achieving 86 meter per month,the manual work efficiency was increased to 2.04 meters per month and each employee,footage efficiency of rock roadway blasting was significantly improved.Keywords:large section;hard rock roadway;blasting driving;rapid tunneling随着煤炭开采机械化装备水平的提高，开采强度和效率成倍增加1.2 1，掘进巷道工程量也大幅增长3。同时随着矿井服务年限的增加以及浅部资源的减少，采场布局逐渐向深部转移4，系统巷道工程量随之增多，因此岩巷掘进效率成为影响矿井采掘接替的关键因素之一。目前我国岩巷掘进主要采用钻爆法与机掘法施工5.6 ，对于硬岩巷道掘进，钻爆法是普遍采用的方法7.8 ，进尺基本保持在6 0 m/收稿日期：2 0 2 2-0 4-2 7作者简介：周庆宏（19 8 8 一），女，安徽马鞍人，硕士，研究方向为矿山开采、矿山机械，Ema i l：H Nz h o u q i n g h o n 。402023年第7 期施二二技术程炭煤月9 ，无法满足矿井持续稳产高产的需求，大断面硬岩开拓巷道掘进效率成为制约矿井高效集约化发展的瓶颈。马力等6 建立中深孔爆破机械化作业线，形成了钻、装、运一体化快速掘进作业模式，改善了施工环境，施工效率大幅提升；张召冉10 等通过掘进影响因子指标体系分析，指出了影响掘进速度的关键因素，并针对淮南矿区岩巷掘进提出了改良措施；魏垂胜 采用线性聚能光面爆破技术降低了炮眼数、装药量，提高了光面爆破效果；杨仁树等12 认为采用切缝药包可以改善爆破效果，提升巷道周边成型质量，减少超欠挖；李海洋，袁文华等13,14 通过对排研系统的改造实现了岩巷的快速掘进；秦卫生、阙磊等5.15 分析了岩巷快速掘进的多方面影响因素，从施工层位、支护设计、作业方式及掘进装备方面采取了优化措施；肖同强等16 分析了制约岩巷掘进速度的主要因素，提出了“时空立体交叉施工作业”方法和五位一体综掘快速成巷技术体系。以上研究虽均大幅改善了岩巷炮掘的施工效率，但未结合炮掘各施工工序环节作全面分析，同时由于岩巷掘进系统的复杂性，很难从单一某方面大幅改善掘进效率17 ，而且不同施工条件下的掘进效率影响因素差异明显，因此应对具体条件进行分析，确定关键影响因素，提出针对性的解决方案。本文以淮南矿业集团煤业公司潘三矿西三下部采区轨道大巷为工程背景，现场跟班写实记录各施工工序环节用时，结合现场情况对各施工工序环节逐一进行分析，确定了大断面硬岩巷道炮掘快速施工的关键影响因素，从支护方案优化、施工设备配备、线性聚能爆破、出研系统改造和施工组织保障5个方面提出改进措施，形成了硬岩炮掘快速施工体系，实现了交叉平行作业，优化了施工组织，提升了施工效率，加快了采区接替进度。1工程概况潘三矿西三下部采区轨道大巷为采区系统巷道，设计标高为-7 9 1.5-7 9 5.6 m，长度10 2 0 m，设计坡度为5%o，主要服务于西三下部采区的材料、设备运输、进风及行人，服务年限在30 a以上。该巷地质构造条件简单，岩层产状：150 2 0 0 乙0 6，掘进区段揭露的主要岩性为：石英砂岩、砂质泥岩、炭质泥岩、粉细砂岩，综合柱状如图1所示。该巷无突水危险性，主要充水性因素为以静贮量为主的顶板砂岩裂隙水。巷道采用钻爆法施工，设计断面为直墙半圆拱形，掘进断面尺寸为：宽高=540 0 mm4300mm，采用锚网喷支护。锚杆规格为2 2 mm2400mm，间排距8 0 0 mm800mm，在两排锚杆间布置锚索，锚索规格为2 1.8 mmx7400mm，间排距16 0 0 mmx1600mm，每排按照5根布置，喷浆厚度10 0 mm，混凝土标号为C20。锚杆锚固力12 0 kN，扭矩力不低于150 Nm；锚索的预紧力为150 kN，锚固力为2 0 0 kN。均厚岩性柱状图岩性描述西三下部采区回风上山/m浅灰白色，中粗粒结构，主要成中粗砂岩8.5芬为石英、长右西三下部采区运输上山砂质泥岩5.2灰色，砂泥质结构，滑面较发育西翼-8 10 m轨道大巷（西二西三段）浅灰 息色，全为石英，有少量石英砂岩6.5黄铁矿微粒西三下部采区轨道大巷A砂质泥岩3.5灰色，局部深灰色，砂泥质结构，滑面较发育掘进巷道AI西翼-8 10 m运输大巷A-A炭质泥岩0.1灰黑色，片状,泥质结构层0222400锚杆浅灰色，细粒结构，岩芯较致密，80080017根/排100粉细砂岩5.9完整021.87400锚索煤线0.4煤线1600 x16004100顶部少量浅灰色，其余为灰色，砂质泥岩6.1砂泥质结构，岩芯较致密喷浆层C20粉细砂岩浅灰色，细粒结构，岩芯较致密，2.7完整钢筋网9 0 0 17 0 010052001000泥岩5.8灰色，泥质结构，富含植化碎片图1综合柱状及支护方式(mm)巷道拨门处位于石英砂岩和砂质泥岩层位，断面上部1/3为砂质泥岩，其余为石英砂岩。现场劳动作业方式为“三八”制，采用YT-28型气腿式风动凿岩机施工炮眼，P-90B型粑斗装岩机配合矿车进行排。施工队总共42 人，前3个月平均进尺38 m/月，人均进尺0.9 m/月，施工效率低，影响了巷道的整体412023年第7 期炭程煤二技术施工进度。为了提高巷道单进水平，现场进行了3个圆班的跟班写实，记录每个工序的施工时间以及现场情况，为进尺影响因素分析提供基础。3个圆班共完成4个循环，平均每18 h完成一个正规循环，根据实际施工时间绘制的作业循环如图2 所示，班时/h早班中班夜班用时/min6.8.10.12141618202224468110669041370-250-2730935113101110图例示意卤工序编号工序转换回交接班临时支护、迎脸防护图巷道成型整治团上部锚网支护回施工锚索喷浆倒研、二次验炮图下部锚网支护回施工炮眼扫眼、装药、拆除迎脸网面联线、放炮回验炮国耙砰机排图2现场作业循环掘进过程中水沟、管路及轨道铺设在月度成巷时集中完成。迎头进尺时，炮眼施工用时最长，约207min；其次为倒研、二次验炮工序，用时约121min；然后为装药环节，用时约118 min；再者为锚索施工环节，用时约10 3min；耙歼机排研贯穿于整个施工环节，在具备平行作业条件且有矿车时均进行排研作业，但由于现场条件限制，并不能连续作业，整个工序合计用时约30 0 min，占循环进尺时间的2 7.8%。现场光面爆破效果差，眼痕率约50%，设计掏槽眼深2.4m，其余眼深2.2 m，炮眼利用率约60%，炮后实测进尺1.4 1.6 m，局部未达到进尺长度，支护前采取人工刷扩；同时炮后巷道成型差，石块度不均匀，大块研石多