中煤第七十一工程处有限责任公司安徽宿州234000
摘要：简述深井岩巷复杂条件下凿岩台车的使用，对全液压凿岩台车的应用与选型及采用多种机械配合快速掘进。
关键词：全液压凿岩台车、扒渣机、大地压地层、快速掘进
1、引言
在矿井二三期巷道工程施工领域，工程施工进度与所投入的施工装备和所选用的施工工艺息息相关，而工程地质条件则直接制约着工程施工作业循环和施工进度，影响施工装备的效能发挥，并严重影响施工安全。通过在井下巷道内补充勘探钻孔，对煤矿深部井改建二、三期工程深部地层进行超前地质分析，探明工程地质情况，制定针对性的地层（预）处理方案；针对深部地层地压大，巷道易底鼓、断面变形，易冒顶、片帮的特点，制定针对性的处理预案；根据巷道断面和布置设计特点，开展大机械化新工艺快速施工工艺配套研究。
2、项目情况
改建工程项目位于淮北市，项目工业广场内设进风井（直径7.0m，井深1028.5m）、回风井（直径6.0m，井深1003.5m）共2个井筒。该项目于2012年4月开工建设井筒，两井筒于2013年9月贯通，2014年底-960m水平井底车场贯通，2015年井底车场附近相关硐室施工完毕，矿井井筒装备完成，井上下运输系统、井下永久供电、排水系统投入运行。前期井筒下部掘砌施工时，揭露深部地层地压较大，及至井底车场巷道、硐室掘砌施工时，巷道易底鼓、断面变形，易冒顶、片帮，故该矿二期开拓工程曾暂停施工，近期方恢复施工。
在我国华东地区，第四系冲击地层普遍较厚，煤层埋藏较深，而随着向更深的地层开发煤层资源，巷道开拓过程中揭露的岩层普遍地压较大，巷道易底鼓、断面变形，易冒顶、片帮，甚至非常严重。目前国内深部地层巷道工程在掘进施工过程中月进尺较低，巷道反修工程量大，且大地压对巷道施工过程中的安全威胁极大，因而针对华东地区深部大地压地层开展巷道工程大机械化新工艺快速施工技术研究意义重大。
随着开采深度加深，巷道围岩条件不断变化，矿压显现剧烈，巷道掘进和支护越来越困难。二期施工分区有-960轨道主石门、-960轨道辅助石门、-940m回风主石门、-940m回风辅助石门等岩巷掘进，采用新型设备全液压凿岩台车打眼，炮后采用扒渣机配合矿车临时皮带双路快速出矸。在此期间，先后揭露的岩层主要有：粉砂岩、细砂岩、泥岩、细砂岩等，传统的施工工艺采用YT-28型气腿式风动凿岩机打眼，水胶炸药爆破掘进速度缓慢达不到施工要求，经过多方研究考察，采用隧道施工常用的全液压凿岩台车进行井下打眼作业施工，提高工作效率。
装岩（煤）方式采用ZWY-180/79L型挖掘装载机配合二运皮带出矸，二运皮带将矸石转运至矿车，大巷采用充电式电机车运输，电机车运输矿车至进风井重车线，经进罐笼提升至地面。
3、设备的应用与选型
结合巷道工程主要巷道断面大、路线直的有利特点，设计选用新型施工设备配合组成大机械化配套施工系统，加快施工循环速度，提高施工效率。
1）选全液压CMJ2-30双臂凿岩台车施工炮眼，正常循环作业时炮眼深度3m，炮眼利用率0.9，掘进中根据揭露岩石条件及时优化爆破参数，分析爆破动载对岩壁的影响；地压作用较强的巷道段适当减小炮眼深度，小循环加快掘砌施工速度。
2）选用ZWY-180/79L型耙装机配二运，将矸石转入矿车，使井筒排矸与工作面掘进解除制约关系。
3）利用矿方永久提升系统担负工程掘砌过程中的排矸、上下物料及上下人员的提升运输工作。
4）使用上述新型施工设备配合组成大机械化配套施工系统，在整个掘砌施工作业循环中加快凿岩、爆破、排矸及运输速度，并解除排矸运输与凿岩及巷道支护环节的传统顺序制约关系，既加快施工循环速度，提高施工效率，又加大了支护环节所占时间在整个作业循环时间中的比重，为有效处理和解决地压问题争取时间。
4、实施方案，技术路线，组织方式
依托我方承建的深部井改建二、三期工程进行研究，以理论与实际相结合的方式进行研究。我单位积极组织公司及项目部工程技术人员，定期召开专题论证会的方式进行。
（1）华东地区深部大地压地层超前探测和地层（预）处理研究
贯彻“有掘必探，先探后掘”的原则，对照工程地质资料，在巷道工作面采用ZDY3200S型钻机补充勘探钻孔，进一步探明工程地质情况，为制定针对性的地层（预）处理方案提供切实依据，并在施工过程中切实落实处理方案，消除或减少地层来压导致巷道出现问题，从而保障大机械化配套系统发挥效能，提高工程施工进度。
1）通过探明的地质情况，对于纯地应力地层情况作进一步研究分析。一种方法是选择主动支护措施，采用加强锚索支护，锚索伸入到稳定岩层，或是提高支护强度等级等，目的在于提高巷道支护形式的抗地压能力；一种方法是选择被动支护措施，巷道掘进出断面采取卸压措施释放地压，然后再采取架棚支护。
2）对于断层、破碎带，或兼具有膨胀性的岩层，则采取超前预注浆处理措施，提前加固地层，不仅防止巷道掘进临近断层破碎带处引起工作面大面积冒顶塌陷，且能加强断层、破碎带及膨胀性岩层自身的抗地压性能。此措施也是主动支护措施。在此措施的基础上，酌情再采取合理的具体巷道支护形式。
3）除在施工环节中采取合理措施外，对已经掘砌施工完成的巷道，还要采取后续监控措施，采用顶板离层仪或离层压力表，根据巷道大地压位置情况，间隔50m均匀布置，或在特定巷道位置专门布置，实时监控巷道后续来压情况，保证对地压情况及时发现，对巷道变形及时处理，最大限度减少处理修复工作对巷道掘砌施工的影响。
（2）大地压导致的巷道底鼓、断面变形、冒顶、片帮等问题处理研究
巷道设计采用锚网索喷支护，局部砌碹支护。结合补充勘探钻孔探明的工程地质情况，综合采取以下措施：
1）在巷道掘砌施工过程中，结合地层情况酌情采取提高支护强度或超前注浆预处理加固地层等主动支护措施；或巷道掘进出断面后先采取卸压措施，再按设计支护方式进行支护，或架棚支护的被被动支护措施。所有措施消除或减轻巷道掘砌完成后再发生底鼓、断面变形、冒顶、片帮等情况。
2）巷道掘砌完成后，采取后续监控措施，采用顶板离层仪或离层压力表，根据巷道大地压位置情况，间隔50m均匀布置，或在特定巷道位置专门布置，实时监控巷道后续来压情况，保证对地压情况及时发现，对巷道变形及时处理。
3）提前编制预案，对发生的巷道底鼓、断面变形、冒顶、片帮等情况采取有效措施，加快处理速度，减少或消除对巷道掘砌施工的影响。
5、国内外研究现状及发展趋势
我国华东片区第四系冲击地层普遍较厚，煤层埋藏较深，而随着浅层煤层资源的枯竭，类似于恒源煤矿这种深入到二叠系地层开发煤炭资源的情况已经很多，仅安徽省和山东省境内的煤矿千米立井已经有数十对之多。
在深部地层的井巷掘砌过程中，揭露的岩层普遍地压较大，尤其煤岩层的力学性能软弱或极软弱，巷道易底鼓、断面变形，易冒顶、片帮，甚至非常严重；而在断层破碎带处，大地压极易引起工作面大面积冒顶塌陷。目前国内深部地层巷道工程在掘进施工过程中的实际情况总体上表现为月进尺较低，巷道反修工程量大，且大地压对巷道施工过程中的安全威胁极大。目前国内针对该地层的传统施工工艺不尽合理，无法有效解决大地压带来的一系列问题，而面对矿井主要开拓巷道路线长、断面大的特点，却未能选配大机械化配套施工系统，最终无法达到安全快速施工的要求。
如何能够保证深部大地压层巷道安全快速施工，并投入合理的机械化配套作业线，提高施工效率，本项目研究成果可信，具有一定的创新性，在类似地质条件下巷道施工中推广，将会产生较大的经济效益和良好的社会效益，应用前景广阔。