浅析矿场井下巷道快速掘进技术的应用.pdf

新疆钢铁总第169期2024年第1期浅析矿场井下巷道快速掘进技术的应用覃永华1，李海荣1，杨新1，黄海雅2（1.广西佛子矿业有限公司，广西 梧州 543100；2.广西大学，广西 南宁 530004）摘要：煤矿开采设备与工艺的进步极大地促进了矿井综合机械化开采效率的提高，但由于其智能化、自动化程度较低，造成矿场巷道掘进效率低、安全性差、开采不平衡等问题，一定程度上制约了矿井机械化开采效率与安全性的提高。为了满足高效、快速、经济掘进的需求，本文对广西佛子冲铅锌矿井下巷道快速掘进技术进行分析，以期提升井下巷道支护效率。关键词：佛子矿；井下作业；巷道快速掘进DOI：10.20146/ki.1672-4224.2024.01.033中图分类号：F407.1文献标识码：B文章编号：1672-4224（2024）01-0101-03Analysis of the Application of Rapid Excavation Technologyfor Underground Tunnels in MinesYonghua Qin1,Hairong Li1,Xin Yang1,Haiya Huang2(1.Guangxi Fozi Mining Co.,Ltd.,Wuzhou,Guangxi 543100;2.Guangxi University,Nanning,Guangxi 530004)Abstract:The advancement of coal mining equipment and technology has greatly promoted the improvement of comprehensivemechanized mining efficiency in mines.However,due to its low level of intelligence and automation,it has caused problemssuch as low efficiency,poor safety,and imbalanced mining in mine roadway excavation,seriously restricting the improvementof mechanized mining efficiency and safety in mines.In order to meet the needs of efficient,fast,and economical excavation,this article analyzes the rapid excavation technology for underground tunnels in the Fozichong lead-zinc mine in Guangxi,inorder to improve the efficiency of underground tunnel support.Key words:buddha mineral;underground operations;rapid excavation of tunnels作者简介：覃永华，男，47岁，本科，测量工程师，广西佛子矿业有限公司。E-mail：1快速掘进技术概述井下巷道快速掘进技术是矿场开采中的一项重要技术。目前，我国有色金属综采工作面快速掘进技术主要包括五个方面，其中综采工作面调整和巷道断面切割是快速掘进的关键。这两项工程的质量将直接影响到巷道建设的速度和质量。为此，必须对巷道快速掘进新技术等做进一步深入研究，而掘进机作为主要的驱动力，其事故发生率也会对掘进效果有一定的影响。因此，要对掘进机的自动化故障监控技术进行研究。通过深入地研究，可以发现和解决问题，进而改进掘进技术，提升施工效率。2巷道掘进施工的制约因素2.1地质条件方面广西佛子冲铅锌矿为中低温矽卡岩型铅、锌、铜等多种金属硫化矿床，以似层状矿体为主，地质构造复杂，对矿井作业的实施有一定的影响。为了确保矿井巷道综采技术作业的良好实施，必须在技术实施前对矿场地质情况进行全面的勘察，及时掌握矿层的硬度、溶水量，并对其进行分析。要对掘进地质在实际勘探中得到充分的数据性认识，这样才能确保掘进技术的应用。因为在地质条件较差、地质结构复杂的情况下，工程技术的实施和进度都会受到很大的影响。为了保障掘进安全，必须要同步做好顶板支护工作。2.2 装置设备方面随着科学技术的快速发展，各类新型井巷掘进施工装备不断涌现，技术指标也发生了很大的变化。要保证技术的稳定性和科学性，就必须将之与现有技术指标进行对比分析。与国外先进水平的巷道施工技术相比，我国的巷道快速掘进施工技术还不够完善。尽管作业品质符合标准，但是成本效益作为工程的重要控制方面，还有待进一步改善。从当前的形势看，我国矿井快速掘进技术的智能化程度还1012024年第1期新疆钢铁总第169期很低，很多方面都落后于西方国家。比如，矿场开采生产中所用的机械设备，由于其运行状况不能满足生产需要，常常出现运行故障问题，所以为了保证机器的使用符合开采要求，要对其进行定期维修1。从综合能耗来看，综采掘进设备每天耗能巨大，严重影响了矿井的掘进生产进度与成本控制，如图1所示。图1 矿场井下巷道快速掘进3矿场井下巷道快速掘进技术分析3.1巷道掘进技术应用要点在金矿区综掘项目中，普遍采取了一种综合机械化和掘锚式联合开挖方式。综合机械化建设的操作体系比较复杂，涉及工程光缆、掘进机、通风设备、输送设备等方面，而悬臂掘进机则是整个施工过程中最为重要的一环。矿山建设项目的顺利实施，将会直接影响到掘进机的质量、系统性能以及工作效率。锚杆支护是一种新型的掘锚法，它比其它方法有显著提高。该技术通过将挖掘技术与支护技术相结合，既能有效地提高采矿作业效率，又能缩短作业周期，被广泛应用在金属矿山开采中。3.2全断面隧洞开挖新技术在多金属矿山工程中，由于其地质情况通常复杂多变，且无明显的规律边界的岩石，对隧道的开挖提出了新技术要求。全断面隧道掘进技术是多金属矿山掘进中应用较广的一种新技术。该技术要求采用全断面隧洞掘进设备，在施工中实现平行、连续的施工。利用主推进器和刀盘传动装置，通过刀盘槽将滚刀上的泥土或碎石排传到主出渣装置中，并辅以排水、支撑、通风除尘、供电、支架支撑等功能，实现对整机状态的实时智能作业监测。近几年，全断面隧道施工技术日趋成熟，全断面隧道开挖施工工艺在硬软岩、过渡岩性等地质条件下越来越实用，施工技术应用优势越来越明显。考虑到全截面隧道施工要求沿某一特定的轨道或倾向通过不同的地层达到矿体，因此，在保证高品质、安全运行、节能环保的前提下，要达到高质量、高安全运行、节能环保的目标，达到高效率、高强度、高强度的平行生产。3.3巷道掘锚一体化快速掘进技术虽然巷道快速掘进施工的机械化程度得到了改善，但在大部分施工中，采用的是锚网索式支护方式。尽管该方法在浅部支护中得到了良好的应用，但在深部支护中仍存在着诸多缺陷，尤其是在锚杆支护安设中，需要大量的时间来进行，从而大大降低了掘进施工效率。掘锚一体化技术以悬臂式掘进机为基础开发的掘进式锚杆与基于连续式采矿机开发的掘进锚杆集成为一体，以一套装备为支撑，满足了掘进与支护的作业需求。因此，为了加快掘进速度，必须在掘进的同时进行支护。但是，由于这种技术体系结构复杂，安装困难，采矿过程中易发生震动，从而对采矿现场的稳定性和支护性有了更高的要求。与其它掘进工艺比较，掘锚一体化快速掘进技术在巷道掘进施工中有着显著的优势。首先，它将巷道和支护结合起来。隧道的临时支护与土方开挖同时进行，具有较好的整体稳定性。其次，可以快速地进行剪割。在切割落矿时，使用伸缩滚筒指示一次巷道成形效果良好。再次，达到了并行支护的效果。采用多维度同步支护方式，利用多个设备、多个站点同时进行掘进施工，实现巷道的永久支护2。最后，连续运输是可能的。在挖掘、锚固结合的基础上，提出了一种多层次、多阶段的连续运输方法，以确保其在掘进过程中与后续的支护及运输工作同时进行。3.4巷道分次支护技术关于井下巷道的施工技术研究指出，在施工过程中，其所需的工作时间超出了50%，并且主要依赖于手工操作，因此其支撑结构的合理性还尚未完全确定。这种施工方法在确保施工工期、施工安全和施工质量的同时。为此，急需研究井下巷道快速支撑新方法，使其更科学、更安全。根据井下巷道在掘进过程中变形特点，研究认为巷道掘进过程中巷道围岩变形呈现逐级增大趋势且每个时段变形特点不同，并忽略围岩在多种情况下的变形特征。对此，要充分发挥矿井围岩本体力学性能和力学性质，在每102新疆钢铁总第169期2024年第1期个分区采取分区支护。针对井下巷道岩石的变形特点，提出了一种基于三阶段的支护方案。第一支护紧随开挖面，以小而快的、灵活的支撑方式，整体支撑能力薄弱，允许巷道在应力作用下会产生一些变形，从而保证了隧道的安全性。第一次支护以锚索为主，后加网格，是一种临时支护的形式。第二次支护在不妨碍巷道施工的前提下，先加固一遍，然后对其余的锚固件进行支撑，并对两侧进行锚杆+网幕支护，并在此期间监控隧道内的变形，确保隧道的稳定。第三次支护在距开挖面100 m处，对其进行锚杆支护，以增强其稳定，防止其过度变形。以佛山煤矿为研究对象，在开挖期间，工作面0-15 m区域顶板的变形速度很快，最大的值为4 mm/天，15-40 m时，工作面的变形量减小到2 mm/天，40 m以后，变形量逐渐趋于平稳。因此，一般来说第一次支护的范围一般在距掘进面015 m内，第二次支护主要是在距掘进面1540 m的范围内，通过补打剩余锚杆的方式进行支护3。第三次支护则是在距工作面4070 m的范围内，进行锚索补强支护。4保证井下巷道快速掘进的措施分析4.1加强岩巷综掘粉尘治理在井下矿场巷道施工中，粉尘弥漫的情况在所难免。技术工人吸入过多的粉尘，会对其心脏、肺部产生损害，甚至会引起中毒、休克，对工人的生命安全构成极大威胁。为此，必须采取相应的措施，对烟尘进行及时治理。在工程实践中，可以在矿井内设置大量的高压给水装置。该系统采用高压喷射方式，将经过过滤的水源对巷道内进行水雾喷洒。同时，井下施工工人必须戴上防尘面罩，并在工作区域内设置多层过滤设备，以避免工作区域以外的人员沾染。另外，在某些重要地域和机械设备上，要设置多层的防尘装置，以防粉尘侵入，造成设备的损伤。4.2提升爆破技术水平掘进之前进行的爆破作业是巷道掘进的重要环节，会对施工效率和质量造成一定的影响。爆破工区要加强对爆破作业的关注度，并尽可能减少炮眼的浪费。目前，在掘进爆破中，使用最多的是采用风钻钻眼技术。它是利用多个风洞，在各个掘进部位进行钻孔。同时，要随时留意钻孔的水平、竖向压力值，以确保后期的爆破安全。4.3加强机械化技术的融入与使用目前，探矿、采矿、掘进施工与支护多为综合机械化技术，一般使用悬臂式掘进机，不管是什么形式的巷道，都能很容易地实现，而且在某些较硬的矿岩中，还能降低某些硬岩对设备的损伤，从而保证作业效率。随着科技水平的提高，掘进机的性能也在不断提高。在保证生产效率的前提下，既能节省费用，又能保证有效地进行矿产资源的开发，还能保证矿产资源的完整性，达到最优的勘查、开发，最大限度地降低矿产资源的损失和浪费4。另外，由于矿山地质条件复杂性较高，在施工中存在着一定的安全隐患，所以为了保证整个勘探、采矿全过程的安全顺利，必须结合现场实际，强化自动化技术的整合与应用。5结论综上所述，综采工作面的地质构造、施工工艺、施工设备等是影响矿场井下巷道快速掘进效率和生产效益的重要因素。在实际工程中，应加强技术对比与分析，不断改进巷道快速掘进施工技术，使其在矿井开采中得到有效的应用，并以此来保证巷道掘进施工质量，保证巷道成型的连续性，以达到更好的开采效果。参考文献1 张谦文.快速掘进技术的优化与应用 J.山西冶金，2020，43（05）：156-157+173.2 王步康.煤矿巷道掘进技术与装备的现状及趋势分析 J.煤炭科学技术，2020，48（11）：1-11.3 张业.煤矿岩巷快速掘进技术研究与应用 J.中国新技术新产品，2018（23）：76-77.4 靳德宝.影响巷道快速掘进的因素及措施综述 J.山东煤炭科技，2017（01）：59-60.103