王晓明

（同煤集团地煤公司青磁窑煤矿技术科，山西 大同037000）

引言

在井下巷掘进工艺中，岩巷掘进是最为复杂的一项工程，占整个井下掘进的三成以上，掘进的质量也关系到整个矿产的生产，所以高效的岩巷掘进也是矿场综合效益的最重要的因素之一。所以对矿井岩巷掘进进行分析优化具有一定的生产实际意义。本次主要对某矿井岩巷掘进方案进行讨论，并通过优化掘进方案最终实现快速掘进[1]。某矿井回采面底板岩巷的巷道掘进的上部每层距离范围为1～15 m，并且煤层地质条件为单斜，整体厚度范围为2.8 m到7.2 m，倾斜角度平均为3.8°。另外，此矿井底的地质岩性为灰砂质泥岩，其中部分还有植物性化石，并在矿井的底下部找到赤铁矿。某矿井的现场掘进施工中的掘进速度受到支护、作业流程、爆破设计参数、掘进的设备型号、现场的工程管理质量、气候环境等影响，掘进速度可以进一步得到优化。

1 快速掘进影响因素分析

1.1 支护设计因素分析

某矿井岩巷为两个部分，第一部分是瓦斯的排放部分，第二部分是巷道运输部分。瓦斯排放部分由于特殊性，它的服务周期很短，所以这部分的支护设计较为简单，如果进行全面的支护，不仅浪费成本，并且也会由于施工原因大大影响掘进效率。在对两部分进行支护时，往往采用差异化支护，这样可以高效安全地加快掘进速度。

1.2 作业方式因素分析

某矿井的作业方式因素主要要考虑工序以及平行作业因素等，其中施工现场应用三八方式来进行作业，图1为某矿井的采面底板岩巷的作业工序相关示意图，图中的第四工序为锚杆钻孔及炮眼钻孔布设作业，迎头炮眼的施工设备为气腿式凿岩机，此外，钻孔施工的设备为钻机。第五工序为出渣施工，这种施工需要将全部的施工人员进行撤离[2]。第六工序为巷道下部钻孔以及锚杆孔作业。此外，施工需要进行上网操作。以上施工中的锚杆孔以及炮眼等的布设不包含平行作业，其中平行作业的具体工序从图1中可以看出。首先，第四工序的迎头进行打杆孔与炮眼等并与第五工序平行进行。其次，第六工序的支护与第四工序可以平行进行。最后，第六工序的打下部炮眼的同时也要进行支护作业。

图1 某矿井的采面底板岩巷的作业工序相关示意图

1.3 掘进设备因素分析

某矿井的掘进设备的相关因素可以从三方面来进行分析，第一方面为有关回采面掘进作业工程周期比较长，并且总工作耗时可以占整个掘进工程的一半左右，所以要想提升装岩的工作效率，可以应用耙斗机来高效地完成装岩作业。第二方面为掘进时的气动凿岩机可以进行更换，因为这种设备受到气动的影响导致输出效率不高，最终导致钻速很小，整个作业效率也受到影响[3]，可以通过应用若干钻机同时工作来达到提高钻孔速度的目的。第三方面为耙斗机与驱动的皮带机尾不能进行移动，这种方式导致耙斗机的运移时间至少需要4班次，移动缓慢，耗时长，此外掘进设备的高故障率也会进一步延缓掘进速度，从而影响整个施工效率。

2 岩巷快速掘进方案优化

2.1 进行差异化支护

某矿井的地下煤矿开采施工，在井下设有大量的巷道，掘进巷道施工需要消耗大量的材料、人力、物力。巷道的使用年限不仅与矿区的地质条件相关，也与巷道的支护相关。为了确保矿井巷道安全稳固，维护量小，成本小，必须要进行差异化支护，从而进一步实现矿井的高效高产[4]。某矿区的回采面岩巷断面采用的形式为直墙半圆拱，底板抽放巷道采用钢网支护帮顶方式。若将钢网支护材料更换为硬质塑料以及编织材料，这不仅减小了施工工作量并且也保证了部分岩体的松动以及掉落。底板的运输巷应用锚网支护方式，此外，该矿区由于地质环境优良，没有进行喷浆支护。其中，巷道顶板的布设数量根据现场条件进行设定，并在掘进灰岩时采用锚索进行支护补强。

2.2 岩巷掘进作业线优化

岩巷掘进作业线必须依照矿井的底板岩巷的实际井下地质环境来制定，凿岩机与耙斗式型号的选择也是掘进作业的关键[5]，必须要尽可能地配套大功率的胶带运输机与振动式锚杆钻机，设备的选择必须要通过实际调研论证来确定，包括岩巷液压钻车作业线、大功率岩巷掘进机、钻装一体机、小型盾构机等。这样的配套设备才是完整的岩巷掘进作业线，也是现代掘进施工作业机械化高效连续的体现。

2.3 快速掘进作业方式优化

优化某矿井采掘工作面底板岩巷掘进作业方式后，采用同一车道段平行作业方式。具体的作业线优化可以体现在以下四个方面。第一方面，结合工作面的实际情况，适当地提高了岩洞平行作业的质量。当该地区岩性良好时，巷道中的两组锚杆会滞后于铲斗装载机进行补正作业，而锚索则滞后迎头10 m左右，铲斗装载机与机头之间的距离不小于10 m，以确保排渣、操作与平头作业同步进行，因此可以进行大型锚索的平头钻孔，排渣和锚杆锚固作业同时进行。第二方面，调整操作程序。将底板岩石巷道掘进施工的工作系统更改为三班制，以提高常规循环率。第三方面，提高各种过程的连接效率，以提高施工速度。矿区底岩巷道的开采段的断面面积为14.3 m2，这需要配备四个或五个钻机同时工作，所以务必要加强施工人员之间的合作，并通过提高施工人员的熟练度来减少单个工序时间。第四方面，减小岩巷耙斗式装载机移动时间。在矿区掘进作业期间，耙式装载机必须每30 m向前移动一次，并且移动机器的时间应控制在2个班次内。

某矿区的循环图的循环周期为每天3次，每班都包含一个标准循环。工艺流程为每天3个循环，即每班为1个正规循环；工艺流程为换班→敲帮问顶→打眼作业→爆破作业→支护作业→挂网作业→出矸作业→收尾作业。

3 优化效果分析

通过对某矿区的回采面底板岩巷掘进的方案进行分析，并进行了优化改进，在实际掘进作业中已经完成日进6 m，单月掘进总数超过160 m。优化后的掘进方案明显提高了巷道掘进速度以及整体效率，保障了矿井持续高效安全生产。

4 结语

在井下巷掘进工艺中，岩巷掘进是最为复杂的一项工程，占整个井下掘进的三成以上，掘进的质量也关系到整个矿产的生产，所以高效的岩巷掘进也是矿场综合效益的最重要的因素之一。通过对某矿井施工工程的基础影响因素的研究，对某矿井岩巷快速掘进的设计方案进行了分析，并进行了优化。优化后的矿井在实际作业中日进6 m，单月掘进总数超过160 m，明显提高了巷道掘进速度以及整体施工效率，不仅保障了矿井持续高效安全地生产，也对井下安全持续生产具有重大的现实意义。