陈瑞杰

（潞安化工集团常村煤矿，山西 屯留 046100）

随着煤矿井下综采效率的不断提升，目前岩巷掘进速度慢、效率低的问题已经成为限制井下综采效率进一步提升的核心瓶颈问题。根据目前统计，井下岩巷掘进的机械化水平约在40%左右，岩巷掘进时的平均日进尺量仅为3.68 m/d，远无法满足煤矿井下综采效率的需求。通过对岩巷掘进作业流程进行分析，发现岩巷掘进是一个非常复杂的工程体系，不同的作业流程环环相扣，单从一个方面入手并无法彻底解决岩巷综掘效率低下的难题。

因此，本文在对煤矿井下岩巷掘进工艺流程进行分析的基础上，总结了影响岩巷掘进的四个关键因素，针对性地提出了基于掘进设备优化、支护体系优化、爆破方式优化和劳动组织管理优化多位一体的井下岩巷快速掘进工艺体系，新的快速掘进体系对提升井下岩巷掘进效率和经济性具有十分重要的意义。

1 岩巷快速掘进影响因素分析

岩巷在掘进过程中主要包括破岩、物料传输、巷道支护等多个工序，各个工序需要依次进行，而且各个工序间存在着比较紧密的联系，综掘面上的施工机械设备多，人工作业间存在较多的交替，在利用计时法对各工序耗时和人员分布进行统计后，发现影响岩巷掘进效率的因素主要体现在以下几个方面。

1.1 机械设备施工效率低

掘进机在施工作业时采用人工控制，无法实现连续作业，而且掘进过程中极易出现人工判断失误导致的触顶停机事故。井下采用小规模装载机，装载量仅60 m3/h，采用2辆车同时作业，因空间限制使得其中一台车会出现长时间等待的情况，降低了作业效率。井下物料运输采用斜巷绞车，物料运输时存在二次周转，影响物料运输效率。

1.2 支护施工效率低

巷道掘进断面小，井下支护采用人工架设锚杆支护方式，但存在多次支护、翻修支护的情况，支护工作量大、施工效率低。

1.3 爆破方式落后

爆破方式采用浅孔爆破的方案，在实际爆破过程中，经常出现爆破不到位的情况，且炮孔的利用率低，经常需要进行二次爆破补充。

1.4 施工组织混乱

井下采用“三班倒”的作业方式，每天需进行三次交接班，交接班总时长占比过高，影响实际施工时长，而且采用多次喷涂固化后再进行锚固施工的方式使得固化周期加长，无法满足快速锚固施工的需求。

2 掘进设备施工方案优化

根据分析，掘进设备对巷道掘进效率的影响主要体现在掘进机的人工控制作业效率低、装载机装载能力不足以及综掘面物料转运方式落后等三个方面，因此，需对井下掘进设备施工方案进行优化。

掘进机采用自动截割控制。为了满足煤矿井下复杂地质环境下的自动截割控制需求，在对记忆截割、远程控制截割等多种截割方式进行对比后，选择了记忆截割控制方式。在进行截割作业时，首先根据现场情况由人工控制掘进机完成一组截割控制，在控制过程中系统对掘进机的截割坐标、截割转速、高度等进行标定，形成截割路径，并把截割情况存储在控制系统中，形成记忆截割数据。

当系统转入自动截割控制后，调取存储库内的记忆截割数据，然后对路径进行拟合，最终形成记忆截割路径，根据记忆截割数据完成对掘进机回转、油缸升降及自动截割。同时，位于掘进机上的电流传感器、位移传感器、角度传感器、压力传感器等实时对调整情况进行检查，将实际调整数据和理论调整数据进行对比，输出数据差值，然后系统根据差值情况对其修正，以满足调整精确性的需求。掘进机记忆截割控制系统逻辑如图1所示[1]。

图1 掘进机记忆截割控制系统

为了解决两个装载机装载空间小、等待时间长的问题，采用ZWY-150/55L型挖掘装载机来执行综掘面的物料转载，其转载能力达到了150 m3/h。在工作时，通过执行机构自动耙取物料，然后利用自带的双链刮板输送机进行转载，其装载能力强、清除度高。

为了解决斜巷绞车运输物料慢、周转次数多的问题，在综掘面设置了小型带式输送机，以便和转载机配合使用，无需经中间周转，极大地提升了物料转运的效率和安全性。

3 巷道支护方案优化

针对井下巷道掘进断面小、人工架设锚杆支护效率低下的难题，对巷道结构进行优化，其断面尺寸必须要满足设备运输、管道走管、巷道通风以及行人通行的安全需求，通过对多种巷道截面进行分析，最终决定选用拱形断面结构[2]。

在进行支护时，结合井下实际情况，综合采用临时支护+永久支护+让压支护的方案，在保证支护强度的情况下，提升巷道支护的效率和稳定性。

在进行临时支护时，首先对巷道顶板进行初喷，待固化后，利用无缝钢管配合吊环对巷道进行临时支护。对重点区域进行永久支护时，采用低密度高强度的锚索联合支护方案，锚杆支护时距离不小于800 mm，支护完成后，利用高强度锚索进行补强支护，每组锚索不少于3排，其间距不低于1 500 mm。让压支护是将巷道复喷作业放到巷道支护完成后，待支护完成约45 d后，巷道顶板和围岩的应力重新分布并达到了稳定状态，再进行复喷，从而达到减少复喷次数的目的。优化后的井下支护方案如图2所示[3]。

图2 井下巷道支护结构示意图（mm）

4 爆破及人员组织优化

针对现有的浅层爆破方案效率低、可靠性差的问题，提出了一种新的深孔爆破方案，炮眼布置的深度不低于3 m。为了保证巷道成型质量，实现深孔光面爆破，结合拱形巷道的实际情况，在布置周边眼时，将周边眼和巷道轮廓边缘的距离设置为0.1 m，炮眼的深度设置为3 m，底眼的深度同样设置为3 m，掏槽眼深度设置为3.1 m，辅助眼、二圈眼和三圈眼的深度均设置为3 m。在设置炸药时，炸药采用正向装药的方案，使爆破时的冲击波从内侧向外侧延伸，提高爆破效果。同时采用CMJ2-30液压掘进钻车进行打眼，以提高打眼的速度。优化后的炮眼布置结构如图3所示[4]。

图3 巷道井下炮眼布置结构示意图（mm）

在组织优化方面，采用“二九一六”的作业模式，减少员工上下班的交接时间，提高实际作业时间，对优化后的掘进面情况进行分析，发现井下掘进面的日进尺量由最初的3.4 m/d，提升到了目前的4.58 m/d，日进尺量平均提升了34.8%以上，井下综掘面的作业人员由36人降低到了目前的25人，数量降低了30.1%，显著提升了井下巷道掘进的效率和质量。

5 结论

1）采用掘进机记忆截割、大载重装载机转运和输送带物料周转的方案，能够提升井下巷道掘进作业的自动化程度和效率。

2）采用临时支护+永久支护+让压支护的方案，能够在保证支护强度的情况下，提升巷道支护效率和稳定性。

3）新的快速掘进体系能够将井下日进尺量提升34.8%以上，将井下综掘面的同时作业人员数量降低30.1%，对提升井下巷道掘进的效率和经济性具有十分重要的意义。