岩巷掘進

岩巷掘進是一個多工序交替過程，主要由破岩、裝運和支護三大工序組成。要達到巷道施工的快速高效，最根本的就是使每個工序能夠高效率，並使得每個工序能夠很好地協調連線起來。岩巷掘進施工技術對岩巷掘進速度的提高至關重要，掘進施工技術主要有爆破技術和支護技術2方面，爆破關鍵技術主要有中深孔爆破技術，光面爆破技術，支護關鍵技術主要為錨噴支護技術。對於岩巷掘進裝備，主要有鑿岩、支護、裝岩、運輸及輔助設備。破岩工藝主要有鑽爆法和機械法，鑽爆法主要有台階爆破法和全斷面爆破法，機械法以岩巷綜掘機破岩;裝運工藝有非連續裝運和連續裝運2種，非連續裝運以耙研機和礦車運輸;連續裝運以耙研機和帶式輸送機或臨時研石倉為代表的排研工藝;支護工藝的發展以錨(網、索)噴工藝為主，主要有一次支護，二次支護。

基本介紹

• 中文名：岩巷掘進
• 外文名：spiral classifier
• 類型：多工序交替過程
• 工序：破岩、裝運和支護
• 領域：能源
• 學科：礦業

簡介

岩巷掘進在煤礦建設和生產中占有重要的位置，糯東煤礦作為新建設的礦井，岩巷掘進工程量一般約占總工程量的40%～50%，在生產礦井中占總工程量的25%左右。由於經濟的持續發展對煤炭需求不斷增加，礦井產量逐年增加，礦井開拓掘進進尺也大幅提高，但採掘銜接緊張的矛盾卻日益突出，特別是涉及到採區銜接、水平接替的開拓延伸巷道，這就要求巷道的掘進速度相應加快。但由於我礦的掘進設備革新慢，適應性差、技術不過關等因素影響，掘進技術的發展緩慢已越來越成為糯東煤礦可持續性發展的瓶頸，也是技術人員需要研究的關鍵性問題。

在岩層中掘進平巷的作業。17世紀以前，岩巷主要靠手工挖掘，隨後用人工鑿眼、黑火藥爆破、人力裝岩和木棚支護，掘進速度有所提高。19世紀後期，歐洲出現了手持式鑿岩機、礦用炸藥與起爆器材，鑿岩爆破法便發展成現代岩巷掘進的主要手段。現代已經採用機械破岩和出碴同時作業的聯合掘進機掘進法，掘進速度有較大的提高。岩巷掘進作業方式有：①掘進與支護平行作業；②掘進與支護單行作業。岩巷掘進一般採用一次成巷，即掘進、支護、水溝三項工序一次作成。有可能時鋪軌工程也應同時完成。

鑿岩爆破掘進法 主要作業是鑿岩、爆破和裝岩運輸。岩層不夠穩定時，還需進行支護。

鑿岩爆破 常用的鑿岩機有手持式、氣腿式和導軌式，其動力有氣動、電動和液壓三種。目前各國普遍採用鑿岩台車，最新式台車具有全液壓程式控制、自動對孔位、自動進退等功能(圖1)。根據岩巷斷面大小和岩石堅硬程度，在工作面上布置若干個炮眼，通常採用淺孔，現已向孔深大於3.5m的深孔發展，並廣泛採用光面爆破，以減少對圍岩的破壞，使巷道周邊平整。爆破後用局部扇風機和風筒通風,清除炮煙。

岩巷掘進

岩巷掘進施工技術

岩巷掘進施工技術對岩巷掘進速度的提高至關重要，掘進施工技術主要有爆破技術和支護技術2方面，爆破關鍵技術主要有中深孔爆破技術，光面爆破技術，支護關鍵技術主要為錨噴支護技術。

爆破技術

對岩巷掘進來講，工業炸藥(水膠炸藥、乳化炸藥)發展和毫秒雷管的出現為岩巷中深孔爆破和光面爆破技術提供技術支持。
1)中深孔爆破技術。我國岩巷爆破技術經歷了全斷面一次爆破、毫秒爆破、光面爆破3個重要階段[#]。中深孔爆破技術主要是指炮眼深度1. 8 m以上的爆破技術，由淺孔爆破發展而來，其具有單循環進尺高，節省輔助時間和產成本的優點，因此，在我國岩巷掘進中得到廣泛套用。現階段，炮眼深度1. 8一2. 0 m的爆破技術成為主流。炮眼深度2. 2-2. 5 m及以上的爆破技術推廣進展緩慢。
中深孔爆破技術離不開掏槽技術，掏槽效果的好壞由掏槽技術決定。我國岩石平巷掘進掏槽形式主要有直眼掏槽和斜眼掏槽2種主要形式，其優缺點如下:①斜眼掏槽。典型代表為楔形掏槽、錐形掏槽、楔直複合掏槽等。掏槽效率較高，掏槽面積大，所用炮眼少，但受斷面尺寸限制大，角度較難控制;②直眼掏槽。典型代表為菱形掏槽、三角柱掏槽、四角柱掏槽、螺掏槽等，適用於任何斷面，操作簡單，易於掌握，但全斷面炮眼數較斜眼掏槽數目多，拋擲強，另外，也有準直眼、分段直眼掏槽、直眼邁步式掏槽，其斷面適應性強，掏槽效率高，但普及性不足。

2)光面爆破技術和定向斷裂控制爆破技術。光面爆破具有的爆震裂隙少、保護圍岩的完整性、提高圍岩自穩和承載能力、減少超欠挖、節省成本、提高進度和質量，為巷道安全高效快速施工創造了條件，特別是使之與錨噴技術結合，大幅提高了錨噴支護效果。僅靠改善光面爆破技術，不能精確控制周邊質量[[5]，在光面爆破基礎上發展了切槽孔爆破、切縫藥包爆破和異型藥包爆破，成為控制爆破的高級形式。隨著試驗手段的進步，模型試驗、數值模擬、動焦散和數位技術的套用使得切縫藥包的研究更充分。

支護技術

巷道支護技術直接影響到安全、支護速度、服務年限以及經濟效益，煤礦井巷支護技術隨著開採深度的增加經歷了由單一型到聯合多強化型的發展歷程，支護材料從木材到鋼筋混凝土襯砌，再到金屬支架支護和錨桿系列支護。我國從1956年起在淮南、開灤等礦區進行錨桿支護套用試驗，岩巷支護的重要發展方向，進入90年代，煤炭工業部提出了“三小”(小鑽頭、小錨桿、小藥包)工作面示範性推廣項目技術。由於錨噴支護具有技術先進，經濟合理，速度快，效率高，圍岩穩定性好，安全可靠，操作簡便，勞動強度低等優點，受到煤礦井巷工作者的普遍歡迎，套用範圍不斷擴大。

岩巷掘進裝備

到2009年，國有重點煤礦機械化程度85.5 %綜采程度75. 79 %，綜掘程度25. 87 %。對於岩巷掘進裝備，主要有鑿岩、支護、裝岩、運輸及輔助設備。①鑿岩設備發展主要經歷了手持式鑿岩機、氣腿式風動鑿岩機、液壓(氣動)鑿岩台車和液壓鑿岩機。②支護設備主要有錨桿鑽眼設備和噴漿設備。錨桿鑽眼設備的發展主要經歷了電動錨桿鑽機、爬桿式錨桿鑽機、鑽車式錨桿鑽機、支腿式氣動錨桿鑽機、機載式液壓錨桿鑽機;③噴漿設備主要有潮式、濕式噴漿機。④耙研機械的發展經歷了人工裝岩、耙斗裝岩機、側卸式鏟斗裝岩機、斗裝岩機。⑤運輸機械的發展主要經歷了人力推車、4一St電機車和礦車、帶式(轉載)輸送機、倉式列車和梭式礦車(臨時研石倉)。岩巷掘進裝備的發展為岩巷高效機械化掘進及其作業線的產生提供更多便利。

岩巷掘進工藝

巷道掘進施工是一個複雜的多工序交替進行的過程，破岩、排研、支護是主要的3大工藝。破岩工藝主要有鑽爆法和機械法，鑽爆法主要有台階爆破法和全斷面爆破法，機械法以岩巷綜掘機破岩;裝運工藝有非連續裝運和連續裝運2種，非連續裝運以耙研機和礦車運輸;連續裝運以耙研機和帶式輸送機或臨時研石倉為代表的排研工藝;支護工藝的發展以錨(網、索)噴工藝為主，主要有一次支護，二次支護。

裝岩運輸

用裝岩機將爆破的岩石裝入礦車運出，它是岩巷掘進中最繁重的作業,約占循環時間的35～60%。常用裝岩機，按裝卸方式分有鏟斗後卸、鏟斗側卸（見彩圖）、耙斗、蟹爪和立爪等。鑽裝機是將裝岩與鑿岩裝置安裝在一個行走機構上面，同時具有鑿岩和裝岩功能的設備（圖2）。運輸常用礦車。為加速空車周轉，須用各種調車設備，如浮放道岔、錯車道和氣動調車裝置等。為縮短調車時間，一般用帶式轉載機卸入礦車列車或倉式列車，也可用裝岩機直接卸入大容量梭車中運出。 　支護 在圍岩穩定性較差的巷道，服務年限較長時，多用錨噴支護。也可用混凝土、石料、金屬或木支架等支護（見巷道與硐室支護）。

岩巷掘進

機械化作業線 為了降低勞動強度，提高掘進工效和速度，將鑿岩、裝岩、轉載和運輸等主要工序使用的機械設備配套成機械化作業線。1977年11月，中國邯鄲西石門鐵礦無支護巷道，創月進1403.6m的紀錄。

聯合掘進機掘進 把破岩、裝岩等主要工序實現連續機械化作業。第二次世界大戰後，美國首先製成聯合掘進機，1967年,美國用羅賓斯(Robbins)型掘進機在砂岩和頁岩中掘進直徑3m的平巷，月進尺達2089.95m。中國研製的掘進機，已成功地套用於平巷掘進中。

聯合掘進機由破岩、裝岩、轉載、支撐等主要部件組成，並有照明、除塵、穩定等輔助裝置，有的還有支護、挖溝、指向、調向等附屬設施。掘進機機械化程度高、連續作業、成巷質量好、工作安全，適用於長距離直線巷道掘進。但構造複雜，刀具及軸承壽命短，造價高，消耗動力大。今後應進一步研究機體新結構、刀具耐磨材料和高壓水射流綜合破岩等。

岩巷掘進中存在的主要問題

機械化裝備水平低

我國岩巷機械化作業線主要分為兩大類。一類是高檔機械化作業線，即打眼、裝岩、轉載、運輸等主要環節實現機械化配套，用鑿岩台車或鑽裝錨機組配大功率高效導軌式鑿岩機打眼，無軌裝載機全斷面裝岩，使工人從繁重的體力勞動中徹底解放出來，實現高速高效和文明生產。另一類是裝載、運輸採用機械化，而打眼、噴漿等仍採用人工作業，屬於普及型機械化作業線。我國對岩巷掘進設備的研製與生產起步較晚，尤其是液壓鑿岩機、鑽車及主要配套液壓元件等的質量、性能等技術指標與國外同類產品相比尚有一定差距，而且高檔機械化作業線設備投資較高，從而限制了其廣泛套用。

礦井生產管理制度不夠健全

掘進工作應有完善的、科學的管理制度作保障，否則易造成分工不明確、責任不清楚，相互之間不能協調一致和通力合作，且各工種間時常會出現矛盾，致使設備不能正常使用或提前損壞。

對設備的維修保養認識不足

機械設備事故是影響掘進速度提高的重要因素，很多工人和機電維修人員對設備的結構、性能、原理、維護的基礎知識、常見設備故障、診斷方法、設備事故處理措施都不熟悉。另外很多煤礦不能採取嚴格的維修保養制度，及時更換、修理已損壞或磨損嚴重的配件，做好備件的存儲工作，從而降低了開機率，不能充分發揮每一台設備的機械效能。

爆破技術比較差

目前，我國岩巷掘進爆破的特點是巷道寬度小，自由面少，岩石所受夾製作用強，而現場施工仍普遍存在少打眼，多裝藥，亂放炮的現象，造成的後果是炮眼利用率底，岩石碎塊拋擲遠，爆堆不集中，周邊超挖量大，成型質量差，圍岩鬆動破壞嚴重，在鬆軟岩層中周邊很難留下半邊眼痕，不僅影響了巷道掘進的速度，增加了出矸量和支護材料消耗，也降低了巷道的穩定性和安全性，對於f>8～10的較為堅硬的岩石，其炮眼利用率一般在60%～80%。

爆破參數要待進一步最佳化

目前我礦井的岩石巷道還使用炮掘，但掘進炮眼數目較多，直接影響了巷道掘進打眼時間；爆破效果較差，存在超欠挖現象，周邊成形不理想，從而形成二次動工或返工現象。

施工工藝、工作面布置及勞動組織

形式選擇中的問題不能根據具體條件確定施工工藝，最佳化掘進、裝岩、支護、運輸等工序的最佳時間參數；很多工序都不能平行作業，從時間和空間上不能充分運作，窩工現象很多。

操作人員素質和勞動積極性差

隨著岩巷掘進的新工藝、新設備、新材料的開發和使用，很多工人和機電維修人員對設備的結構、性能、原理、維護的基礎知識、常見設備故障、診斷方法、設備事故處理措施都不熟悉，從而影響連續生產。另外很多單位獎罰制度不具體，導致施工單位的積極性和主動性很差。

提高岩巷快速掘進的措施

爆破工藝創新

大力推廣中深孔光面爆破影響岩巷掘進爆破效率的主要因素有:掏槽方式及其裝藥量、炮眼深度、周邊眼光爆參數、起爆時差和炮眼利用率等。中深孔爆破的掏槽眼深度比普通掏槽眼深度大，一般達到210m～315m。掏槽眼的深度大小決定著循環進尺的大小，同時，對周邊眼的爆破質量及成巷質量也有影響。為了提高中深孔直眼掏槽的掏槽效果和炮眼利用率，須在裝藥眼附近布置空眼以增加自由面，還需要合理的確定相鄰裝藥眼的眼距、掏槽眼的幾何形狀、裝藥量和裝填結構。炮眼深度存在一個最優值，應以提高巷道掘進效率為前提，結合現場實際情況綜合確定，長期實踐表明，中深孔爆破(L=2～3m)優於淺孔爆破(L=1.5～2m)。
光面爆破是合理選擇爆破參數的控制爆破技術。它是通過合理的選擇爆破參數，使爆破後的巷道成形規整，減少超控和欠控，最大限度地保持圍岩的自身強度，從而增強圍岩的自撐能力。要取得較好的光爆效果，首先必須選擇合理的光爆參數。

確定錨桿支護參數

提高錨桿安裝質量支護管理不但對巷道支護質量有影響，對掘進進尺也有影響，如永久支護前大面積片幫，使噴漿厚度和噴射工作量增大。在實踐中可根據圍岩鬆動圈理論，以懸吊作用設計為基礎，並根據岩性的具體情況，定出合適的支護密度，最後通過試驗檢測，檢驗支護參數選擇的合理性。在普及套用全長樹脂錨桿的基礎上，針對大斷面，服務年限長的井巷工程，積極推廣使用高強度新型錨桿。錨噴支護方式必須與光面爆破技術相結合，否則圍岩受損嚴重，表面裂隙較多，圍岩鬆動圈較大，岩體喪失穩定性；巷道輪廓線參差不齊，易造成應力集中，噴層受到剪下破壞而導致巷道損壞。

充分調動職工積極性

嚴格按照按勞取酬的工資獎勵制度，實行科學合理的計分模式及驗收標準。掘進作業班組工資和獎金同掘進進尺、設備日常維護、文明施工掛鈎。維護工和其它輔助人員工資和獎金同掘進作業班掛鈎，並同日常的工作質量掛鈎。