谈采矿工程巷道掘进与支护技术

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摘要：传统的“两掘一喷”施工方式无法对矿井进行完全支护，提出一种“多向聚能高效破岩”技术，该技术体系主要表现为：掏槽方式采用复式双楔形以及聚能爆破设备，提高爆破稳定性，控制巷道安全性。在实践中，该技术体系表现出以下优势：爆破炮眼数量减少1/10，爆破炮眼利用率大幅度提升，技术方法表现出突出的经济效益、安全效益。

关键词：采矿技术；巷道掘进；巷道支护

近几年，我国各个矿区都将作业面逐步转移至深部，尤其是小型矿井，其作业面表现出面积小、走向尺寸短，想要保证生产效率，只有采取频繁延伸开采水平的方式。但是，和浅层巷道相比，深部巷道普遍存在炮眼利用率低下，爆破振动影响突出，巷道稳定性差，支护参数波动较大等等问题。国内外目前在循序推进采掘技术改革，但实际应用的“钻爆法”施工水平仍旧有待提升，大多数研究都局限在优化爆破参数方面。本文正立足于这一现实背景，探寻更稳定的采矿工程巷道掘进技术与支护技术，旨在优化采矿工程巷道整体支护质量，提高采矿作业效率、稳定性、安全性。

1采矿工程概况

某矿区有一-700m水平巷道，该巷道连接矿区-500m水平巷道，长度约为500m，平均倾角约为14°，巷道横穿岩层主要为砂岩、泥岩、粘土、砂质泥岩等，岩层持力性、稳定性差，整体极为软弱。根据地质勘查报告显示，粉砂岩层的内摩擦角为36°，抗压强度平均为59.3MPa，抗拉强度平均为15.7MPa；细砂岩层的内摩擦角为40°，抗压强度平均为73.9MPa，抗拉强度平均为3.2MPa；泥岩层的平均抗拉强度为1.23MPa；黏土岩层的平均抗压强度为23.5MPa，平均抗拉强度为1.97MPa。初始技术方法采用“钻爆法”进行破岩施工，全断面采用一次掘进的施工模式，凿岩机型号为YT-23，装岩机型号为ZYP-17，运输采用矿车运输，支护体系为常规锚喷支护体系，掏槽为垂直楔形，共设置有炮眼50个，初步计算，月进尺约为86m。

2多向聚能高效破岩方案

多向聚能高效破岩是一种针对深部巷道掘进的快速施工技术方法，技术基础为“炸药能量的合理利用”，提高巷道稳定性高，控制爆破带来的振动影响以及内应力变化影响，以提高巷道的成型质量。该矿区所用的爆破装置，主要功能是让装入的爆破炸药在挤压变形的作用下形成一个完善、稳定的聚能穴结构，在爆破的过程中，炸药能量在聚能穴的约束下汇集，从而形成能量集中的射流，随后在爆破气体的作用下快速拓展，达到切割岩石的作用（多向聚能高效破岩技术原理可见图1）[1]。多向聚能高效破岩和掏槽爆破的协同应用，能够在爆破过程中，防止在炮孔附近形成岩体压碎的情况，以提高炸药能量释放的效果，并促使炸药在聚能穴的作用下，产生定向断裂作用。辅助眼采用多向聚能高效破岩方案则能够合理增加裂纹的延展性，并适当拓展岩石爆破范畴。相较于浅层巷道，深部巷道在掘进的过程中，围岩始终处于高压力、高应力状态下，爆破会受到围岩本身的夹制力所影响，想要提高掏槽的实际效果存在较大问题。在原垂直楔形掏槽模式基础上，提出双楔形复式掏槽模式，该模式适合多台设备同时施工，爆破顺序为先内后外，且逐步开始加深，爆破过程中使用的炸药分散使用，以控制爆破的振动影响，提高采矿巷道爆破施工效率，提高各个孔的利用效果。

3巷道支护参数优化

3.1原方案

原方案采用锚喷支护技术，支护所用锚杆的直径为18mm，长度为2000mm，间距、排距为800mm，锚杆托盘的规格为150mm×10mm×150mm，材质为碟形钢板，锚固剂为MSK2350，金属网的网格大小为50mm，规格为1200mm×2000mm，梯子梁的长度为3400m，锚喷体系的厚度为70mm。经过测算以及参考既往经验，发现该方案对巷道成型质量的控制效果不理想，返修率极高。

3.2方案优化

选择数字模拟技术分析不同支护参数条件下的实际支护效果，为巷道支护体系的合理优化提供可靠参考数据。该矿区针对巷道掘进生产实际情况提出多种模拟方案，最终得出方案：①锚杆排距缩短100mm，锚杆直径增加2mm，锚固力控制在7t±1t；②锚索全面补强，布置方式为“三花”模式，直径为15.24mm，爆破孔内的药卷数控制在5个左右，托盘尺寸增加20mm，预紧力控制为11t~13t。

4施工组织优化

受人员数量限制、时间条件限制、控制条件限制，巷道掘进过程中，必须要保证人员、工序、施工顺序出游相互制约、相互联系的状态，从而达到合理控制掘进速度的目的。根据现场的基础施工条件以及施工水准情况，以原“两掘一喷”施工技术方案为基础，优化方案为“三掘三喷”，主要措施方法为：①拌料方式为地面拌料；②迎头7m安装耙装机；③设置专业掘进小组和复喷小组作业；④编制完善的“三掘三喷”作业循环计划。

5技术实施效果

多向聚能爆破技术的落实大幅度优化了爆破效果，初步统计，现场材料消耗减少了10%~20%。支护体系采用“十字监测法”，巷道中共设置四个监测站点揭示围岩变形发展情况。对比既往的支护案例，发现不同的支护方式对于巷道的支护有着显著影响，围岩变形程度在不同支护方式下有着不同表现，优化后的方案顶板下沉量大约减少42%，两帮的偏移量大约减少60%，底鼓的变形量减少60%，尤其是在巷道初期支护时，表现出良好的稳定性、安全性。

6结语

综上所述，深部巷道掘进改变传统的垂直楔形掏槽技术，采用双楔形复式掏槽模式。改善支护参数是提高巷道稳定性的重要因素，该矿区支护参数优化后有效改善了围岩的变形情况，提高了巷道围岩控制效果。文章上述的技术主要是改善了爆破能的释放环境，在有基础的技术保障后，对施工技术方法、组织方案进行有效梳理。

参考文献

[1]刘凤文,蓝盛,张盛.钱家营煤矿巷道掘进瓦斯突出治理及冒落区超前锚注修复技术[J].安全与环境学报,2019(4):1154-1161.

作者：柳春 单位：呼伦贝尔蒙西煤业公司