岩巷掘进

多工序交替过程

岩巷掘进是一个多工序交替过程，主要由破岩、装运和支护三大工序组成。要达到巷道施工的快速高效，最根本的就是使每个工序能够高效率，并使得每个工序能够很好地协调连接起来。岩巷掘进施工技术对岩巷掘进速度的提高至关重要，掘进施工技术主要有爆破技术和支护技术2方面，爆破关键技术主要有中深孔爆破技术，光面爆破技术，支护关键技术主要为锚喷支护技术。对于岩巷掘进装备，主要有凿岩、支护、装岩、运输及辅助设备。破岩工艺主要有钻爆法和机械法，钻爆法主要有台阶爆破法和全断面爆破法，机械法以岩巷综掘机破岩;装运工艺有非连续装运和连续装运2种，非连续装运以耙研机和矿车运输;连续装运以耙研机和带式输送机或临时研石仓为代表的排研工艺;支护工艺的发展以锚(网、索)喷工艺为主，主要有一次支护，二次支护。

简介

岩巷掘进在煤矿建设和生产中占有重要的位置，糯东煤矿作为新建设的矿井，岩巷掘进工程量一般约占总工程量的40%～50%，在生产矿井中占总工程量的25%左右。由于经济的持续发展对煤炭需求不断增加，矿井产量逐年增加，矿井开拓掘进进尺也大幅提高，但采掘衔接紧张的矛盾却日益突出，特别是涉及到采区衔接、水平接替的开拓延伸巷道，这就要求巷道的掘进速度相应加快。但由于我矿的掘进设备革新慢，适应性差、技术不过关等因素影响，掘进技术的发展缓慢已越来越成为糯东煤矿可持续性发展的瓶颈，也是技术人员需要研究的关键性问题。

在岩层中掘进平巷的作业。17世纪以前，岩巷主要靠手工挖掘，随后用人工凿眼、黑火药爆破、人力装岩和木棚支护，掘进速度有所提高。19世纪后期，欧洲出现了手持式凿岩机、矿用炸药与起爆器材，凿岩爆破法便发展成现代岩巷掘进的主要手段。现代已经采用机械破岩和出碴同时作业的联合掘进机掘进法，掘进速度有较大的提高。岩巷掘进作业方式有：①掘进与支护平行作业；②掘进与支护单行作业。岩巷掘进一般采用一次成巷，即掘进、支护、水沟三项工序一次作成。有可能时铺轨工程也应同时完成。

凿岩爆破掘进法主要作业是凿岩、爆破和装岩运输。岩层不够稳定时，还需进行支护。

凿岩爆破常用的凿岩机有手持式、气腿式和导轨式，其动力有气动、电动和液压三种。目前各国普遍采用凿岩台车，最新式台车具有全液压程序控制、自动对孔位、自动进退等功能(图1)。根据岩巷断面大小和岩石坚硬程度，在工作面上布置若干个炮眼，通常采用浅孔，现已向孔深大于3.5m的深孔发展，并广泛采用光面爆破，以减少对围岩的破坏，使巷道周边平整。爆破后用局部扇风机和风筒通风,清除炮烟。

岩巷掘进施工技术

岩巷掘进施工技术对岩巷掘进速度的提高至关重要，掘进施工技术主要有爆破技术和支护技术2方面，爆破关键技术主要有中深孔爆破技术，光面爆破技术，支护关键技术主要为锚喷支护技术。

爆破技术

对岩巷掘进来讲，工业炸药(水胶炸药、乳化炸药)发展和毫秒雷管的出现为岩巷中深孔爆破和光面爆破技术提供技术支持。

1)中深孔爆破技术。我国岩巷爆破技术经历了全断面一次爆破、毫秒爆破、光面爆破3个重要阶段[#]。中深孔爆破技术主要是指炮眼深度1. 8 m以上的爆破技术，由浅孔爆破发展而来，其具有单循环进尺高，节省辅助时间和产成本的优点，因此，在我国岩巷掘进中得到广泛应用。现阶段，炮眼深度1. 8一2. 0 m的爆破技术成为主流。炮眼深度2. 2-2. 5 m及以上的爆破技术推广进展缓慢。

中深孔爆破技术离不开掏槽技术，掏槽效果的好坏由掏槽技术决定。我国岩石平巷掘进掏槽形式主要有直眼掏槽和斜眼掏槽2种主要形式，其优缺点如下:①斜眼掏槽。典型代表为楔形掏槽、锥形掏槽、楔直复合掏槽等。掏槽效率较高，掏槽面积大，所用炮眼少，但受断面尺寸限制大，角度较难控制;②直眼掏槽。典型代表为菱形掏槽、三角柱掏槽、四角柱掏槽、螺掏槽等，适用于任何断面，操作简单，易于掌握，但全断面炮眼数较斜眼掏槽数目多，抛掷强，另外，也有准直眼、分段直眼掏槽、直眼迈步式掏槽，其断面适应性强，掏槽效率高，但普及性不足。

2)光面爆破技术和定向断裂控制爆破技术。光面爆破具有的爆震裂隙少、保护围岩的完整性、提高围岩自稳和承载能力、减少超欠挖、节省成本、提高进度和质量，为巷道安全高效快速施工创造了条件，特别是使之与锚喷技术结合，大幅提高了锚喷支护效果。仅靠改善光面爆破技术，不能精确控制周边质量[[5]，在光面爆破基础上发展了切槽孔爆破、切缝药包爆破和异型药包爆破，成为控制爆破的高级形式。随着试验手段的进步，模型试验、数值模拟、动焦散和数码技术的应用使得切缝药包的研究更充分。

支护技术

巷道支护技术直接影响到安全、支护速度、服务年限以及经济效益，煤矿井巷支护技术随着开采深度的增加经历了由单一型到联合多强化型的发展历程，支护材料从木材到钢筋混凝土衬砌，再到金属支架支护和锚杆系列支护。我国从1956年起在淮南、开滦等矿区进行锚杆支护应用试验，岩巷支护的重要发展方向，进入90年代，煤炭工业部提出了“三小”(小钻头、小锚杆、小药包)工作面示范性推广项目技术。由于锚喷支护具有技术先进，经济合理，速度快，效率高，围岩稳定性好，安全可靠，操作简便，劳动强度低等优点，受到煤矿井巷工作者的普遍欢迎，应用范围不断扩大。

岩巷掘进装备

到2009年，国有重点煤矿机械化程度85.5 %综采程度75. 79 %，综掘程度25. 87 %。对于岩巷掘进装备，主要有凿岩、支护、装岩、运输及辅助设备。①凿岩设备发展主要经历了手持式凿岩机、气腿式风动凿岩机、液压(气动)凿岩台车和液压凿岩机。②支护设备主要有锚杆钻眼设备和喷浆设备。锚杆钻眼设备的发展主要经历了电动锚杆钻机、爬杆式锚杆钻机、钻车式锚杆钻机、支腿式气动锚杆钻机、机载式液压锚杆钻机;③喷浆设备主要有潮式、湿式喷浆机。④耙研机械的发展经历了人工装岩、耙斗装岩机、侧卸式铲斗装岩机、斗装岩机。⑤运输机械的发展主要经历了人力推车、4一St电机车和矿车、带式(转载)输送机、仓式列车和梭式矿车(临时研石仓)。岩巷掘进装备的发展为岩巷高效机械化掘进及其作业线的产生提供更多便利。

岩巷掘进工艺

巷道掘进施工是一个复杂的多工序交替进行的过程，破岩、排研、支护是主要的3大工艺。破岩工艺主要有钻爆法和机械法，钻爆法主要有台阶爆破法和全断面爆破法，机械法以岩巷综掘机破岩;装运工艺有非连续装运和连续装运2种，非连续装运以耙研机和矿车运输;连续装运以耙研机和带式输送机或临时研石仓为代表的排研工艺;支护工艺的发展以锚(网、索)喷工艺为主，主要有一次支护，二次支护。

装岩运输

用装岩机将爆破的岩石装入矿车运出，它是岩巷掘进中最繁重的作业,约占循环时间的35～60%。常用装岩机，按装卸方式分有铲斗后卸、铲斗侧卸（见彩图）、耙斗、蟹爪和立爪等。钻装机是将装岩与凿岩装置安装在一个行走机构上面，同时具有凿岩和装岩功能的设备（图2）。运输常用矿车。为加速空车周转，须用各种调车设备，如浮放道岔、错车道和气动调车装置等。为缩短调车时间，一般用带式转载机卸入矿车列车或仓式列车，也可用装岩机直接卸入大容量梭车中运出。　支护在围岩稳定性较差的巷道，服务年限较长时，多用锚喷支护。也可用混凝土、石料、金属或木支架等支护（见巷道与硐室支护）。

机械化作业线为了降低劳动强度，提高掘进工效和速度，将凿岩、装岩、转载和运输等主要工序使用的机械设备配套成机械化作业线。1977年11月，中国邯郸西石门铁矿无支护巷道，创月进1403.6m的纪录。

联合掘进机掘进把破岩、装岩等主要工序实现连续机械化作业。第二次世界大战后，美国首先制成联合掘进机，1967年,美国用罗宾斯(Robbins)型掘进机在砂岩和页岩中掘进直径3m的平巷，月进尺达2089.95m。中国研制的掘进机，已成功地应用于平巷掘进中。

联合掘进机由破岩、装岩、转载、支撑等主要部件组成，并有照明、除尘、稳定等辅助装置，有的还有支护、挖沟、指向、调向等附属设施。掘进机机械化程度高、连续作业、成巷质量好、工作安全，适用于长距离直线巷道掘进。但构造复杂，刀具及轴承寿命短，造价高，消耗动力大。今后应进一步研究机体新结构、刀具耐磨材料和高压水射流综合破岩等。

岩巷掘进中存在的主要问题

机械化装备水平低

我国岩巷机械化作业线主要分为两大类。一类是高档机械化作业线，即打眼、装岩、转载、运输等主要环节实现机械化配套，用凿岩台车或钻装锚机组配大功率高效导轨式凿岩机打眼，无轨装载机全断面装岩，使工人从繁重的体力劳动中彻底解放出来，实现高速高效和文明生产。另一类是装载、运输采用机械化，而打眼、喷浆等仍采用人工作业，属于普及型机械化作业线。我国对岩巷掘进设备的研制与生产起步较晚，尤其是液压凿岩机、钻车及主要配套液压元件等的质量、性能等技术指标与国外同类产品相比尚有一定差距，而且高档机械化作业线设备投资较高，从而限制了其广泛应用。

矿井生产管理制度不够健全

掘进工作应有完善的、科学的管理制度作保障，否则易造成分工不明确、责任不清楚，相互之间不能协调一致和通力合作，且各工种间时常会出现矛盾，致使设备不能正常使用或提前损坏。

对设备的维修保养认识不足

机械设备事故是影响掘进速度提高的重要因素，很多工人和机电维修人员对设备的结构、性能、原理、维护的基础知识、常见设备故障、诊断方法、设备事故处理措施都不熟悉。另外很多煤矿不能采取严格的维修保养制度，及时更换、修理已损坏或磨损严重的配件，做好备件的存储工作，从而降低了开机率，不能充分发挥每一台设备的机械效能。

爆破技术比较差

目前，我国岩巷掘进爆破的特点是巷道宽度小，自由面少，岩石所受夹制作用强，而现场施工仍普遍存在少打眼，多装药，乱放炮的现象，造成的后果是炮眼利用率底，岩石碎块抛掷远，爆堆不集中，周边超挖量大，成型质量差，围岩松动破坏严重，在松软岩层中周边很难留下半边眼痕，不仅影响了巷道掘进的速度，增加了出矸量和支护材料消耗，也降低了巷道的稳定性和安全性，对于f>8～10的较为坚硬的岩石，其炮眼利用率一般在60%～80%。

爆破参数要待进一步优化

目前我矿井的岩石巷道还使用炮掘，但掘进炮眼数目较多，直接影响了巷道掘进打眼时间；爆破效果较差，存在超欠挖现象，周边成形不理想，从而形成二次动工或返工现象。

施工工艺、工作面布置及劳动组织

形式选择中的问题不能根据具体条件确定施工工艺，优化掘进、装岩、支护、运输等工序的最佳时间参数；很多工序都不能平行作业，从时间和空间上不能充分运作，窝工现象很多。

操作人员素质和劳动积极性差

随着岩巷掘进的新工艺、新设备、新材料的开发和使用，很多工人和机电维修人员对设备的结构、性能、原理、维护的基础知识、常见设备故障、诊断方法、设备事故处理措施都不熟悉，从而影响连续生产。另外很多单位奖罚制度不具体，导致施工单位的积极性和主动性很差。

提高岩巷快速掘进的措施

爆破工艺创新

大力推广中深孔光面爆破影响岩巷掘进爆破效率的主要因素有:掏槽方式及其装药量、炮眼深度、周边眼光爆参数、起爆时差和炮眼利用率等。中深孔爆破的掏槽眼深度比普通掏槽眼深度大，一般达到210m～315m。掏槽眼的深度大小决定着循环进尺的大小，同时，对周边眼的爆破质量及成巷质量也有影响。为了提高中深孔直眼掏槽的掏槽效果和炮眼利用率，须在装药眼附近布置空眼以增加自由面，还需要合理的确定相邻装药眼的眼距、掏槽眼的几何形状、装药量和装填结构。炮眼深度存在一个最优值，应以提高巷道掘进效率为前提，结合现场实际情况综合确定，长期实践表明，中深孔爆破(L=2～3m)优于浅孔爆破(L=1.5～2m)。

光面爆破是合理选择爆破参数的控制爆破技术。它是通过合理的选择爆破参数，使爆破后的巷道成形规整，减少超控和欠控，最大限度地保持围岩的自身强度，从而增强围岩的自撑能力。要取得较好的光爆效果，首先必须选择合理的光爆参数。

确定锚杆支护参数

提高锚杆安装质量支护管理不但对巷道支护质量有影响，对掘进进尺也有影响，如永久支护前大面积片帮，使喷浆厚度和喷射工作量增大。在实践中可根据围岩松动圈理论，以悬吊作用设计为基础，并根据岩性的具体情况，定出合适的支护密度，最后通过试验检测，检验支护参数选择的合理性。在普及应用全长树脂锚杆的基础上，针对大断面，服务年限长的井巷工程，积极推广使用高强度新型锚杆。锚喷支护方式必须与光面爆破技术相结合，否则围岩受损严重，表面裂隙较多，围岩松动圈较大，岩体丧失稳定性；巷道轮廓线参差不齐，易造成应力集中，喷层受到剪切破坏而导致巷道损坏。

充分调动职工积极性

严格按照按劳取酬的工资奖励制度，实行科学合理的计分模式及验收标准。掘进作业班组工资和奖金同掘进进尺、设备日常维护、文明施工挂钩。维护工和其它辅助人员工资和奖金同掘进作业班挂钩，并同日常的工作质量挂钩。

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