1、专题部分 岩巷快速施工技术现状与支护趋势摘要：随着我国的煤炭形势好转，煤矿采煤技术和采煤方法得到了不断更新。但是相比之下，掘进技术仍然没有得到很好的发展。主要是由于很大部分的矿井仍然机械化程度不高，且工艺组织不够合理，掘进速度受到一定的限制。本文阐述了水平岩巷道单巷掘进技术，简单叙述了巷道施工的破、装、运、支的基本工艺过程和岩巷水平单巷施工机械化配套作业线和现代岩巷支护趋势。在岩巷机械化配套作业线中，分别介绍了以侧卸式装岩机为主和以耙斗式装岩机为主的机械化配套作业线。从施工工艺、掘进设备、地质条件及施工组织管理等几个方面对快速掘进的影响因素进行了分析，并在此基础上为实现快速掘进提出了可参考的技
2、术措施。关键词：岩巷； 快速施工； 支护1绪论1.1问题的提出我国煤炭开采以井工为主，煤矿巷道掘进与支护工程量很大。2004年国有重点煤矿掘进总进尺达5045km，其中煤巷约4480km，占88.9%；全国256个综采工作面年耗回采巷道820km，其中综掘总进尺达650km1。煤岩巷掘进与支护正在成为煤矿高效安全集约化生产的技术瓶颈，是当前煤炭工业急需研究开发的重大共性关键性技术，因此研究煤岩巷道的快速掘进技术对煤矿的高产高效有着重要的意义。巷道掘进是一个综合的施工工艺，它不仅取决于掘进设备的现代化程度，而且与各生产工序紧密相连。巷道的掘进速度直接影响了煤矿的开采速度，同时由于准备巷道不能按时
3、就备，影响了工作面的及时接替。对于基层煤矿来说，煤巷掘进对生产的制约更明显、更直接。近年来，煤巷快速掘进技术在我国许多煤矿有了很大发展，但仍有些关键环节的技术未得到很好的解决。无论是引进还是国产的设备，一旦进入掘进循环系统，均难以达到快速掘进的要求，采掘比例失调现象仍很严重。这除了由于掘进机本身可靠性的影响外，主要配套环节，包括支护、转载、运输、供电、供排水、通风、通讯、安全等，是掘进速度受到制约的关键因素。据测算，一般情况下一个循环中支护时间占总时间的50%60%，切割占20%30%，系统的故障影响占10%15%。如能解决支护与掘进同步，就可大大提高单位时间内的掘进速度234。1.2岩巷掘进
4、的发展现状随着煤炭工业的发展，煤矿建井技术水平有了很大提高。尤其是岩巷掘进技术，如锚喷支护技术的推广应用，中深孔爆破，机械化程度的提高，形成了比较成熟的机械化作业线，大大加快了岩巷掘进速度5。岩巷的掘进施工方面，世界上主要有两种施工手段：一是钻爆法施工，即传统的打眼、放炮、化整为零的掘进方法；另一种为采用掘进机整体掘进67。1.2.1钻爆法施工掘进1、凿岩机50年代初，我国生产出手持风动凿岩机，5段秒延期电雷管，中空钢钎和硬合金钻头，很快改变了手工打眼、多次放炮、劳动强度大、工效低的落后局面。随后，简易风动凿岩机钻架和气腿式凿岩机的出现，以及湿式凿岩的推行，摆脱了人抱钻的笨重劳动并改善了劳动环
5、境，进一步提高了钻眼的效率，加快了掘进速度。70年代以后，又相继研制出凿岩台车、钻装机和液压凿岩机。近年来，由于液压凿岩技术的大力发展，形成了钻、装、运、支等机械化配套作业线；法、英、德等相继开发出了一机多用的机组，简化了工作面的作业设备，缩短了机械搬、调、运时间，提高了掘进工效和速度。美国采用内燃机钻车与铲运机(LHD)掘进岩巷，取得了良好效果，而且还开发出了微机控制的液压钻车8。2、爆破器材我国矿用炸药、爆破雷管、发爆器在近年来都得到了相应的发展，朝爆破更经济更合理的方向发展。我国的矿用炸药是以硝按类为主体发展起来的。到1954年，由解放初的3个品种增至包括矿用型的8个品种。70年代以来，
6、又相继研制了含水类炸药：浆状炸药、水胶炸药、乳化炸药。爆破雷管有瞬发雷管、秒延期雷管和毫秒延期电雷管等。70年代末，非电爆管及其起爆系统问世后，我国研制了非电爆管和非电毫秒雷管，并在工程爆破上得到应用。3、爆破技术我国巷道钻眼爆破技术发展是迅速的。从浅眼爆破发展到中深眼爆破，从工作面多次放炮到全断面一次爆破，到70年代，毫秒爆破已得到普遍应用，大大提高了爆破效率和质量。70年代以后，光面爆破、预裂爆破得到了大面积推广应用，改变了普通的自由式爆破，实现了控制爆破。特别是光面爆破与锚喷支护相结合，实现了巷道支护的改革，在加快掘进速度、提高支护质量、降低成本等方面取得了显著的技术经济效果。4、装岩与
7、运输装载与运输是巷道掘进中劳动量大，占循环时间最长的工序。60年代开始发展小型蓄电池机车、钢丝绳牵引卡轨车和轻型刮板输送机，代替了人力推车。70年代以来，先后研制成功耙斗装岩机、侧卸式装岩机、蟹爪装岩机及立爪装岩机。配套的运载运输设备也在不断改善，先后出现了QzP一160型桥式转载机、可伸缩胶带运输机等，以上各类设备的发展标志着我国岩巷装载运输机械化已有了一定基础。5、钻爆法施工技术的优缺点影响钻爆法施工的主要因素是：打眼数量、打眼质量、装药量及装药结构。钻爆法施工的优.点在于钻爆法施工具有灵，活、方便、成本低廉的特点，适应于各种自然环境和地质结构，可掘任何形状、长短的巷道，适合我国国情9。炮
8、掘的潜力非常大，组织好炮掘巷道的快速施工，对于保持矿井正常的采掘关系，维持矿井的稳产、高产具有重要意义。钻煤法施工方法的缺点有(1)存在超挖，造成了预应力分布不均衡、出碴多、浪费喷浆材料、延长了施工时间等方面的现象，最终影响了岩巷单进的提高。(2)对围岩的破坏大，由于围岩岩性不均匀性，造成了对围岩不同程度的损伤，加大了支护难度，提高了支护费用。(3)工作面工人工作环境差1011。我国岩巷掘进施工的机械化水平、施工工艺、施工速度都还明显落后于发达国家，仍是目前矿山建设的薄弱环节，施工速度较慢，全国平均月成巷只6070m。发展钻爆法掘巷，优化爆破工艺，实现岩巷的快速掘进，成为我国中小型煤矿岩巷掘进
9、施工的重点，通过近二十来的不断努力，采用钻爆法进行岩巷的掘进取得了成效。80年代在对国外技术研究的基础上，开始进行以侧卸式装岩机为主的机械化作业线的试验和推广工作。煤岩科学研究总院北京建井研究所等单位，在新汶矿区协庄矿试验以多台气腿式凿岩机、侧卸式装岩机为主的作业线，在掘进断面为15.74m的岩巷中，连续3个月成巷100m以上。1986年，我国在对国外技术研究的基础上实现了钻车国产化，以液压钻车、侧卸式装岩机为主的机械化作业线开始在我国煤矿推广使用，开滦矿务局在断面约15m2的巷道中分别创月进尺184.8m、210m、252.4m.的全国纪录。下面是近年来国内煤矿采用钻爆法施工快速掘进的一些实
10、例：大同煤矿集团公司第二工程处掘进十队1030北轨道大巷施工，通过采取改变永久支护形式、中深孔爆破、多工序平行作业等措施，至1996年12月，快速顺利地完成了该巷道余下的238.86m的施工任务，平均月进尺113.8m，最高月进尺20lml2。西山煤矿采用了小循环快速掘进技术和中深孔断裂爆破技术，施工装备和施工方法仍采用风钻打眼、耙斗机装岩、小矿车运输，在劳动组织上采用“四六”制作业，打眼时采用多台风钻进行平行作业。月循环数75个，月进尺能达到110m左右13。新元矿采用侧卸式装载机、喷浆机、汽车、风钻和激光指向仪施工机械化配套，月进尺130m14。1.2.2岩巷综合机械化掘进全断面掘进机是实
11、现连续破岩装岩转载临时支护喷雾防尘等工序的一种联合机组。岩石全断面掘进机机械化程度高，可连续作业，工序简单，施工速度快。1985年美国工程师Charels Wislson发明了隧道掘进机，通常这被第一台成功的在岩石中连续掘进的机器。1956年，Robbins为加拿大基础公司制造了第一台取得成功的岩石隧道掘进机，被用于多伦多市的Humber下水道工程，这是一台直径为3.28m的隧道掘进机，掘进一条长约4.5km、主要由砂岩、页岩、含石英的石灰岩组成的隧道，根据报告，岩石的抗压强度为5186Mpa 15。自50年代中期进行工业化生产以来，岩石隧道掘进机技术取得重大进展，掘进机施工有着钻爆法施工不可
12、比拟的优点，在世界科技飞速发展的今天，更使掘进机有了广阔的使用条件，已广泛应用于各国的能源、交通、城建、国防等部门的地下工程建设16。现在全断面岩巷掘进机用于煤矿巷道掘进，平均掘进速度可达1020/日，平均月进一般为300400m。但是该类掘进机目前也存在一些问题，其中主要是掘进机庞大笨重，拆装时间久，转移运输不便，辅助作业时间长，机器作业率低，动力消耗大，刀具寿命短，其费用占总费用的85%，掘进成本高。而且要求所掘进巷道的曲率半径大，不适应我国的煤矿巷道要求。特别是岩性变化大，遇到涌水，断层破碎带等地质条件时适应性差，掘进速度明显下降，甚至无法工作。因此岩巷全断面掘进机的发展受到限制17。1
13、967年，美国曾创造了月进2088.9m的世界纪录。掘进机施工巷道质量高，支护简单，工作安全，作业条件好，效率高。但该机构造复杂，成本高，对掘进巷道的岩石性质和长度均有一定要求18。全断面掘进机作业线在我国的研制是在70年代后期开始的。1986年6月，古交矿区建井一处在东曲平硐开始试用直径5m全断面掘进机机械化作业线，累计进尺超过3600m，最高月进尺202m。1988年4月1989年2月，直径3.2m全断面掘进机在云南羊场煤矿被使用，累计进尺I014m，最高月进尺260.17m，平均月进156.13m。2巷道的掘进技术2.1巷道施工的基本工艺过程我国岩巷掘进，仍以钻爆法为主要手段。钻眼爆破是
14、掘进作业的重要工序。随着生产建设的发展，新型凿岩机具与爆破器材的不断涌现，爆破理论与破岩机理研究逐步深入，从而使钻眼爆破技术得到迅速提高。自上世纪70年代以来，我国巷道施工不论在装备、工艺和技术，还是在理论研究等方面均与国际水平处于同步发展的状况。掘进工作中各工序是周而复始进行的，如交接班、钻眼、装药联线、放炮通风、装运研石、支护等，使工作面向前推进一段距离称为完成一个循环。这也是钻爆法施工水平巷道的基本工艺过程19202122。2.1.1凿岩爆破巷道掘进的钻眼爆破技术是以提高速度、效率、质量，降低成本和改善劳动条件为主要目标，钻眼爆破技术是以新型钻眼机具、爆破器材的研制和应用互为条件，相辅相
15、成，互相推动发展的232425。1、钻眼机具岩巷掘进中大量应用的是气动凿岩机，液压凿岩机还处于逐步提高的阶段，而内燃和电动凿岩机在煤矿中极少应用。煤巷掘进中主要应用手持式电钻。与气动凿岩机相比，液压凿岩机的特点是机械性能好，其冲击功、冲击频率和能量传递效率等指标均大为提高，凿岩速度高出1倍以上；可令岩层情况调整凿岩机性能参数，可采用旋转或冲击旋转等不同方式，在最佳工况下凿岩，并获得较高的凿岩速度；动力消耗少、能量利用率高，动力消耗仅为气动凿岩机的1/3一1/4；噪音低，污染小，改善了工作条件。目前液压凿岩机定型产品的重量较大，需要与液压台车配套使用，投资大，技术和维修要求高，尚未大量应用。但由
16、于本身所具有的特点，是很有发展前途的钻眼机械。凿岩台车的应用，提高了掘进速度和效率，改善了劳动强度和条件，是巷道凿岩机械化水平进一步发展的标志。凿岩台车的基本结构是由推进器、支臂(钻臂)、车体、行走机构和供风、供水及液压操纵系统等组成。按装设凿岩机台数(支臂数)分为单机、双机、三机和多机凿岩台车。按行走机构分，有轨轮式、轮胎式和履带式。按行走机构的驱动方式分电力直接驱动、电力与液压驱动、风动和柴油驱动4种，我国煤矿巷道掘进常采用电力驱动的轨式和履带式两种。2、爆破技术爆破的效果和质量直接影响着装岩、支护的效率和质量，影响着掘进速度。爆破效果包括岩石破碎的块度、爆堆形状、巷道成形的规格、对围岩的损伤程度以及炮眼利用率和炸药消耗量等指标，应根据不同的岩层条件和设计与施
