談采礦工程巷道掘進與支護技術

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摘要：傳統(tǒng)的“兩掘一噴”施工方式無法對礦井進行完全支護，提出一種“多向聚能高效破巖”技術，該技術體系主要表現(xiàn)為：掏槽方式采用復式雙楔形以及聚能爆破設備，提高爆破穩(wěn)定性，控制巷道安全性。在實踐中，該技術體系表現(xiàn)出以下優(yōu)勢：爆破炮眼數(shù)量減少1/10，爆破炮眼利用率大幅度提升，技術方法表現(xiàn)出突出的經濟效益、安全效益。

關鍵詞：采礦技術；巷道掘進；巷道支護

近幾年，我國各個礦區(qū)都將作業(yè)面逐步轉移至深部，尤其是小型礦井，其作業(yè)面表現(xiàn)出面積小、走向尺寸短，想要保證生產效率，只有采取頻繁延伸開采水平的方式。但是，和淺層巷道相比，深部巷道普遍存在炮眼利用率低下，爆破振動影響突出，巷道穩(wěn)定性差，支護參數(shù)波動較大等等問題。國內外目前在循序推進采掘技術改革，但實際應用的“鉆爆法”施工水平仍舊有待提升，大多數(shù)研究都局限在優(yōu)化爆破參數(shù)方面。本文正立足于這一現(xiàn)實背景，探尋更穩(wěn)定的采礦工程巷道掘進技術與支護技術，旨在優(yōu)化采礦工程巷道整體支護質量，提高采礦作業(yè)效率、穩(wěn)定性、安全性。

1采礦工程概況

某礦區(qū)有一-700m水平巷道，該巷道連接礦區(qū)-500m水平巷道，長度約為500m，平均傾角約為14°，巷道橫穿巖層主要為砂巖、泥巖、粘土、砂質泥巖等，巖層持力性、穩(wěn)定性差，整體極為軟弱。根據(jù)地質勘查報告顯示，粉砂巖層的內摩擦角為36°，抗壓強度平均為59.3MPa，抗拉強度平均為15.7MPa；細砂巖層的內摩擦角為40°，抗壓強度平均為73.9MPa，抗拉強度平均為3.2MPa；泥巖層的平均抗拉強度為1.23MPa；黏土巖層的平均抗壓強度為23.5MPa，平均抗拉強度為1.97MPa。初始技術方法采用“鉆爆法”進行破巖施工，全斷面采用一次掘進的施工模式，鑿巖機型號為YT-23，裝巖機型號為ZYP-17，運輸采用礦車運輸，支護體系為常規(guī)錨噴支護體系，掏槽為垂直楔形，共設置有炮眼50個，初步計算，月進尺約為86m。

2多向聚能高效破巖方案

多向聚能高效破巖是一種針對深部巷道掘進的快速施工技術方法，技術基礎為“炸藥能量的合理利用”，提高巷道穩(wěn)定性高，控制爆破帶來的振動影響以及內應力變化影響，以提高巷道的成型質量。該礦區(qū)所用的爆破裝置，主要功能是讓裝入的爆破炸藥在擠壓變形的作用下形成一個完善、穩(wěn)定的聚能穴結構，在爆破的過程中，炸藥能量在聚能穴的約束下匯集，從而形成能量集中的射流，隨后在爆破氣體的作用下快速拓展，達到切割巖石的作用（多向聚能高效破巖技術原理可見圖1）[1]。多向聚能高效破巖和掏槽爆破的協(xié)同應用，能夠在爆破過程中，防止在炮孔附近形成巖體壓碎的情況，以提高炸藥能量釋放的效果，并促使炸藥在聚能穴的作用下，產生定向斷裂作用。輔助眼采用多向聚能高效破巖方案則能夠合理增加裂紋的延展性，并適當拓展巖石爆破范疇。相較于淺層巷道，深部巷道在掘進的過程中，圍巖始終處于高壓力、高應力狀態(tài)下，爆破會受到圍巖本身的夾制力所影響，想要提高掏槽的實際效果存在較大問題。在原垂直楔形掏槽模式基礎上，提出雙楔形復式掏槽模式，該模式適合多臺設備同時施工，爆破順序為先內后外，且逐步開始加深，爆破過程中使用的炸藥分散使用，以控制爆破的振動影響，提高采礦巷道爆破施工效率，提高各個孔的利用效果。

3巷道支護參數(shù)優(yōu)化

3.1原方案

原方案采用錨噴支護技術，支護所用錨桿的直徑為18mm，長度為2000mm，間距、排距為800mm，錨桿托盤的規(guī)格為150mm×10mm×150mm，材質為碟形鋼板，錨固劑為MSK2350，金屬網的網格大小為50mm，規(guī)格為1200mm×2000mm，梯子梁的長度為3400m，錨噴體系的厚度為70mm。經過測算以及參考既往經驗，發(fā)現(xiàn)該方案對巷道成型質量的控制效果不理想，返修率極高。

3.2方案優(yōu)化

選擇數(shù)字模擬技術分析不同支護參數(shù)條件下的實際支護效果，為巷道支護體系的合理優(yōu)化提供可靠參考數(shù)據(jù)。該礦區(qū)針對巷道掘進生產實際情況提出多種模擬方案，最終得出方案：①錨桿排距縮短100mm，錨桿直徑增加2mm，錨固力控制在7t±1t；②錨索全面補強，布置方式為“三花”模式，直徑為15.24mm，爆破孔內的藥卷數(shù)控制在5個左右，托盤尺寸增加20mm，預緊力控制為11t~13t。

4施工組織優(yōu)化

受人員數(shù)量限制、時間條件限制、控制條件限制，巷道掘進過程中，必須要保證人員、工序、施工順序出游相互制約、相互聯(lián)系的狀態(tài)，從而達到合理控制掘進速度的目的。根據(jù)現(xiàn)場的基礎施工條件以及施工水準情況，以原“兩掘一噴”施工技術方案為基礎，優(yōu)化方案為“三掘三噴”，主要措施方法為：①拌料方式為地面拌料；②迎頭7m安裝耙裝機；③設置專業(yè)掘進小組和復噴小組作業(yè)；④編制完善的“三掘三噴”作業(yè)循環(huán)計劃。

5技術實施效果

多向聚能爆破技術的落實大幅度優(yōu)化了爆破效果，初步統(tǒng)計，現(xiàn)場材料消耗減少了10%~20%。支護體系采用“十字監(jiān)測法”，巷道中共設置四個監(jiān)測站點揭示圍巖變形發(fā)展情況。對比既往的支護案例，發(fā)現(xiàn)不同的支護方式對于巷道的支護有著顯著影響，圍巖變形程度在不同支護方式下有著不同表現(xiàn)，優(yōu)化后的方案頂板下沉量大約減少42%，兩幫的偏移量大約減少60%，底鼓的變形量減少60%，尤其是在巷道初期支護時，表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性、安全性。

6結語

綜上所述，深部巷道掘進改變傳統(tǒng)的垂直楔形掏槽技術，采用雙楔形復式掏槽模式。改善支護參數(shù)是提高巷道穩(wěn)定性的重要因素，該礦區(qū)支護參數(shù)優(yōu)化后有效改善了圍巖的變形情況，提高了巷道圍巖控制效果。文章上述的技術主要是改善了爆破能的釋放環(huán)境，在有基礎的技術保障后，對施工技術方法、組織方案進行有效梳理。

參考文獻

[1]劉鳳文,藍盛,張盛.錢家營煤礦巷道掘進瓦斯突出治理及冒落區(qū)超前錨注修復技術[J].安全與環(huán)境學報,2019(4):1154-1161.

作者：柳春 單位：呼倫貝爾蒙西煤業(yè)公司