談采礦工程巷道掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)

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摘要：傳統(tǒng)的“兩掘一噴”施工方式無法對礦井進(jìn)行完全支護(hù)，提出一種“多向聚能高效破巖”技術(shù)，該技術(shù)體系主要表現(xiàn)為：掏槽方式采用復(fù)式雙楔形以及聚能爆破設(shè)備，提高爆破穩(wěn)定性，控制巷道安全性。在實(shí)踐中，該技術(shù)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(shù)方法表現(xiàn)出突出的經(jīng)濟(jì)效益、安全效益。

關(guān)鍵詞：采礦技術(shù)；巷道掘進(jìn)；巷道支護(hù)

近幾年，我國各個(gè)礦區(qū)都將作業(yè)面逐步轉(zhuǎn)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(chǎn)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(dòng)影響突出，巷道穩(wěn)定性差，支護(hù)參數(shù)波動(dòng)較大等等問題。國內(nèi)外目前在循序推進(jìn)采掘技術(shù)改革，但實(shí)際應(yīng)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(shí)背景，探尋更穩(wěn)定的采礦工程巷道掘進(jìn)技術(shù)與支護(hù)技術(shù)，旨在優(yōu)化采礦工程巷道整體支護(hù)質(zhì)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(zhì)泥巖等，巖層持力性、穩(wěn)定性差，整體極為軟弱。根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告顯示，粉砂巖層的內(nèi)摩擦角為36°，抗壓強(qiáng)度平均為59.3MPa，抗拉強(qiáng)度平均為15.7MPa；細(xì)砂巖層的內(nèi)摩擦角為40°，抗壓強(qiáng)度平均為73.9MPa，抗拉強(qiáng)度平均為3.2MPa；泥巖層的平均抗拉強(qiáng)度為1.23MPa；黏土巖層的平均抗壓強(qiáng)度為23.5MPa，平均抗拉強(qiáng)度為1.97MPa。初始技術(shù)方法采用“鉆爆法”進(jìn)行破巖施工，全斷面采用一次掘進(jìn)的施工模式，鑿巖機(jī)型號為YT-23，裝巖機(jī)型號為ZYP-17，運(yùn)輸采用礦車運(yùn)輸，支護(hù)體系為常規(guī)錨噴支護(hù)體系，掏槽為垂直楔形，共設(shè)置有炮眼50個(gè)，初步計(jì)算，月進(jìn)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(jìn)的快速施工技術(shù)方法，技術(shù)基礎(chǔ)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(dòng)影響以及內(nèi)應(yīng)力變化影響，以提高巷道的成型質(zhì)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(gè)完善、穩(wěn)定的聚能穴結(jié)構(gòu)，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(dá)到切割巖石的作用（多向聚能高效破巖技術(shù)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(yīng)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(chǎn)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(dāng)拓展巖石爆破范疇。相較于淺層巷道，深部巷道在掘進(jìn)的過程中，圍巖始終處于高壓力、高應(yīng)力狀態(tài)下，爆破會(huì)受到圍巖本身的夾制力所影響，想要提高掏槽的實(shí)際效果存在較大問題。在原垂直楔形掏槽模式基礎(chǔ)上，提出雙楔形復(fù)式掏槽模式，該模式適合多臺(tái)設(shè)備同時(shí)施工，爆破順序?yàn)橄葍?nèi)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(dòng)影響，提高采礦巷道爆破施工效率，提高各個(gè)孔的利用效果。

3巷道支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

3.1原方案

原方案采用錨噴支護(hù)技術(shù)，支護(hù)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(zhì)為碟形鋼板，錨固劑為MSK2350，金屬網(wǎng)的網(wǎng)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(jīng)過測算以及參考既往經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該方案對巷道成型質(zhì)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(shù)分析不同支護(hù)參數(shù)條件下的實(shí)際支護(hù)效果，為巷道支護(hù)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(jìn)生產(chǎn)實(shí)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(bǔ)強(qiáng)，布置方式為“三花”模式，直徑為15.24mm，爆破孔內(nèi)的藥卷數(shù)控制在5個(gè)左右，托盤尺寸增加20mm，預(yù)緊力控制為11t~13t。

4施工組織優(yōu)化

受人員數(shù)量限制、時(shí)間條件限制、控制條件限制，巷道掘進(jìn)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(dá)到合理控制掘進(jìn)速度的目的。根據(jù)現(xiàn)場的基礎(chǔ)施工條件以及施工水準(zhǔn)情況，以原“兩掘一噴”施工技術(shù)方案為基礎(chǔ)，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(jī)；③設(shè)置專業(yè)掘進(jìn)小組和復(fù)噴小組作業(yè)；④編制完善的“三掘三噴”作業(yè)循環(huán)計(jì)劃。

5技術(shù)實(shí)施效果

多向聚能爆破技術(shù)的落實(shí)大幅度優(yōu)化了爆破效果，初步統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)場材料消耗減少了10%~20%。支護(hù)體系采用“十字監(jiān)測法”，巷道中共設(shè)置四個(gè)監(jiān)測站點(diǎn)揭示圍巖變形發(fā)展情況。對比既往的支護(hù)案例，發(fā)現(xiàn)不同的支護(hù)方式對于巷道的支護(hù)有著顯著影響，圍巖變形程度在不同支護(hù)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(hù)時(shí)，表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性、安全性。

6結(jié)語

綜上所述，深部巷道掘進(jìn)改變傳統(tǒng)的垂直楔形掏槽技術(shù)，采用雙楔形復(fù)式掏槽模式。改善支護(hù)參數(shù)是提高巷道穩(wěn)定性的重要因素，該礦區(qū)支護(hù)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(shù)主要是改善了爆破能的釋放環(huán)境，在有基礎(chǔ)的技術(shù)保障后，對施工技術(shù)方法、組織方案進(jìn)行有效梳理。

參考文獻(xiàn)

[1]劉鳳文,藍(lán)盛,張盛.錢家營煤礦巷道掘進(jìn)瓦斯突出治理及冒落區(qū)超前錨注修復(fù)技術(shù)[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2019(4):1154-1161.

作者：柳春 單位：呼倫貝爾蒙西煤業(yè)公司