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黄山南铜镍矿井巷工程掘支工艺优化研究 亚呼甫， 李再易 （ 新疆瑞伦矿业有限责任公司， 新疆 哈密市 ８ ３ ９ ０ ０ ０） 摘 要 黄山南铜镍矿矿岩稳固性极差， 井巷工程施工难度大、 效率低、 成本高。研究开发 了一种井巷掘支新工艺， 采用超前锚杆预支护， 预留光爆层二次爆破成巷， 有效保证了井 巷工程的稳定与安全。现场工业试验表明， 新工艺成巷速度较原有工艺提高了５ ０％， 单 位进尺成本降低了约３ ５％。研究成果对类似工程的掘进与支护具有一定的借鉴和指导 意义。 关键词 井巷工程； 巷道掘进； 超前锚杆； 光面爆破 井巷工程的安全高效掘进关系到矿山企业生产 安全及生产效率， 国内外矿山科技工作者就此开展 了大量研究与工程实践， 取得了丰富成果与经验。 例如， 阚甲广等［ １］对巷道掘进扰动效应影响因素进 行了分析研究； 王俊生［ ２］对松软破碎岩层巷道的掘 进与支护进行了研究， 研发出了一种小断面超前光 面爆破掘进工艺； 李翕然等［ ３］对丰山铜矿高应力下 的松软破碎岩层巷道掘进与支护技术进行了研究； 陈鹏刚等［ ４］针对李楼铁矿巷道掘进中的难题设计了 一种巷道掘进联合支护方案， 并详细分析了具体的 施工工艺流程； 郝萤［ ５］对山西麻家梁矿１ ４ １ ０ ６运料 斜巷掘进支护方案进行了研究， 显著提高了巷道稳 定性； 王亮［ ６］提出采取“ 注浆＋圆钢托架“ 联合支护 方法对破碎顶板进行维护， 取得了显著成效。但由 于各个矿山矿岩性质及工程地质条件千差万别， 因 此笼统的参照某一特定的井巷掘支工艺往往不能解 决具体矿山的施工问题， 需结合实际情况对井巷掘 支工艺进行优化。 黄山南铜镍矿位于新疆维吾尔族自治区哈密 市， 由于矿化带多为破碎带， 极不稳固， 先后采用浅 孔留矿法、 分段矿房法、 阶段矿房法、 分段空场嗣后 充填采矿法等方法进行采矿。但不管采用上述哪种 采矿方法， 采切工程都必须穿过破碎带， 加上采场采 矿爆破影响， 大部分采切巷道变形， 坍塌， 部分采准 工程因岩石破碎被迫停止， 从而造成采准工程严重 滞后， 影响矿山正常生产。为此， 该矿开展了相关科 技攻关， 以确保采准切割工程施工效率和安全。经优 化研究， 该矿研发出一种超前锚杆预支护与预留光爆 层二次爆破成巷的掘支工艺， 有效解决了上述问题。 １ 工程地质条件 黄山南矿区矿体主要分布于葫芦岩体（ 橄榄岩 相带， 辉石相带） 的底部， 有少量分布于辉长岩中， 矿 体呈层状或透镜状， 矿体上盘为辉橄岩， 下盘为辉长 闪长岩， 受多期地质运动影响， 矿体内断裂构造发 育， 易风化， 易冒落； 特别是矿体与围岩交界部位、 剪 切应力集中， 往往形成构造蚀变破碎带， 而蚀变多为 绿泥石化、 滑石化与蛇纹石化， 岩石极为破碎， 其自 身粘结力很小（ 见图１） ， 井巷工程开挖后易出现大 面积塌方现象。 图１ 井巷工程垮塌现场 Ｉ Ｓ Ｓ Ｎ １ ６ ７ １－２ ９ ０ ０ Ｃ Ｎ ４ ３－１ ３ ４ ７／Ｔ Ｄ 采矿技术 第１ ９卷 第１期 Ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ，Ｖ ｏ ｌ ． １ ９，Ｎ ｏ ．１ ２ ０ １ ９年１月 Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ９ ChaoXing ２ 井巷工程掘支工艺优化研究 建矿初期， 该矿采用普通法施工井巷工程， 由于 矿化带蚀变极不稳固， 井巷工程施工极其困难， 安全 性差， 且爆破后巷道成型质量差， 采用常规支护方式 难以保证工程的稳定性。随即该矿又开展了光面爆 破法在井巷工程掘进中的试验， 该方法有效减少了 爆破对围岩的破坏， 巷道成型质量有显著提高， 但常 规喷锚支护仍不能保证巷道稳定， 巷道支护过程中 及后期顶板冒落现象频发， 严重威胁人员设备的安 全， 因此不得不采用砌砼支护， 支护成本高， 效率低。 为解决上述问题， 保障巷道掘进过程中人员设 备安全， 降低掘进成本， 通过分析研究， 提出了超前 锚杆预支护与预留光爆层二次爆破成巷的新工艺。 ２．１ 作用机理分析 超前锚杆预支护的实质是在每次爆破掘进前， 采用钢管对巷道顶板及拱角处进行有效支护， 改善 其稳固性， 推迟或避免巷道冒顶、 片帮， 为后续永久 支护工作争取安全空间和时间。 预留光爆层二次爆破成巷的实质是巷道掘进时 每个进尺分２次爆破， 首先爆破形成巷道中间部分， 然后再形成巷道的全断面轮廊， 第二次爆破时采用 光面爆破。预留光爆层二次爆破成巷法可减小单位 工程的一次爆破炸药量， 减小爆破冲击波的强度及 振幅， 降低对巷道围岩的破坏程度， 保证了巷道表面 平整与稳定。 同时， 对现有巷道永久支护工艺进行优化， 巷道 掘进过程中采用“ 短掘短支” 方式， 每个进尺爆破通 风后即进行支护， 采用锚杆＋挂网＋钢拱架的方式 对巷道进行支护， 并进行喷浆， 隔绝外部空气， 防止 岩体风化。 ２．２ 施工工艺优化研究 （ １）超前锚杆预支护工艺。超前锚杆杆体采用 普通钢管或厚钢管， 长度为３．５～４ｍ， 直径Φ ３ ８～ ４ ０ｍｍ。锚杆安装孔采用７ ６ ５ ５或 ＹＴ－２ ８凿岩机 施工， 炮孔深部３～３．５ｍ， 孔径为４ ０～４ ２ｍｍ。锚 杆孔口间距为０．１ ５～０．３ｍ， 方向与巷道中心线向上 呈１ ０ ～１ ５ ， 均匀布置在周边眼上部并保持０． ２～ ０．３ｍ 间距。在层理、 节理发育的情况下超前锚杆 要尽可能多穿层理面， 间距适当加密， 同时巷道的两 帮也需要用普通锚杆对其进行支护。 锚杆安装孔施工完毕后， 即可采用冲击凿岩机 安设该钢管， 安装时所用钢管出露在外的部分与前 一进尺的钢拱架拱顶焊接在一起， 形成一个整体。 （ ２）预留光爆层二次爆破成巷工艺。巷道掘进 时分２次爆破， 第一次只爆破掏槽眼与辅助眼部分， 形成小断面的槽腔， 然后再进行第二次周边眼的爆 破， 周边眼爆破采用光面爆破。 第一次爆破时， 采用直筒掏槽布置形式， 合计９ 个掏槽孔， １ ０个辅助孔， 各炮孔起爆段别及装药量 见表１ 。 表１ 第一次爆破各炮孔起爆顺序及装药量 起爆 顺序 炮孔 数量／个 孔深／ｍ 装药量 ／ （ 卷／孔） ／ （ ｋ ｇ ／孔） 总装药量 ／ ｋ ｇ ０ １ ２．５空孔 １ ４ ２． ５ １ ０ １． ５ ６ ２ ２ ２． ５ １ ０ １． ５ ３ ３ ２ ２． ５ １ ０ １． ５ ３ ４ ２ ２． ５ １ ０ １． ５ ３ ５ ２ ２． ５ １ ０ １． ５ ３ ６ ２ ２． ５ １ ０ １． ５ ３ ７ ４ ２． ５ ８ １． ２ ４．８ 第二次爆破采用光面爆破， 光爆层厚度０．３～ ０．４ｍ， 各炮孔孔间距加密至０．５～０．６ｍ， 合计１ ０个 炮孔， 同时装药系数调整至０． ５～０．６ ［７］。 （ ３）巷道支护。对现有巷道永久支护工艺进行 优化， 巷道掘进过程中采用“ 短掘短支” 方式， 每个进 尺爆破通风后即进行支护， 采用锚杆＋挂网＋钢拱 架的方式对巷道进行支护， 并进行喷浆。 锚杆类型为管缝式锚杆， 长度为２．０ｍ， 锚杆直 径为４ ３ｍｍ， 锚杆的间距可根据现场情况分别采用 １．０ｍ１．５ｍ，１．５ｍ１．５ｍ或１．５ｍ２．０ｍ的支 护网度。钢筋网采用６～８ｍｍ 的Ⅰ级钢筋， 网度为 １ ０ ０ｍｍ１ ０ ０ｍｍ 或１ ５ ０ｍｍ１ ５ ０ｍｍ。喷浆所 用砂浆强度要求大于 Ｃ １ ５， 采用３ ２ ５普通硅酸盐水 泥和坚硬耐久的中砂（ 平均粒径０．３ ５～０．５ｍｍ） 或 粗砂（ 平均粒级大于０．５ｍｍ） 制备而成。钢拱架采 用１ ６ ＃工字钢现场加工制作而成， 钢拱架间柱１～ １．５ｍ， 相邻钢拱架之间采用加强筋焊接固定。 ２．３ 现场工业试验 矿山技术人员在该矿９ ６ ５中段８ ＃穿脉进行了 超前锚杆预支护与预留光爆层二次成巷新工艺的现 场工业试验， 采用新工艺施工的巷道现状如图２所 示。至２ ０ １ ８年８月， 该穿脉未发生一次冒顶片帮事 故。试验结果表明， 采用该新工艺巷道掘进工程质 量良好， 有效保证了井巷工程的稳定与安全， 同时成 巷速度较原有工艺提高了５ ０％， 单位进尺成本降低 ０２ 采矿技术 ２ ０ １ ９，１ ９（１） ChaoXing 了约３ ５％（ 见表２） 。 表２ 主要技术经济指标对比 工艺方案月进尺／ （ｍ／月）单位进尺成本／ （ 元／ｍ） 新工艺６ ０ ３ ５ ７ ０ 原工艺４ ０ ５ ５ ０ ０ 图２ ９ ６ ５中段８ ＃穿脉现状照片 ３ 结 论 通过井巷工程掘支工艺优化研究， 提出了超前 锚杆预支护与预留光爆层二次爆破成巷新工艺。现 场工业试验表明， 采用该新工艺巷道掘进工程质量 良好， 有效保证了井巷工程的稳定与安全， 成巷速度 较原有工艺提高了５ ０％， 单位进尺成本降低了约 ３ ５％。该新工艺有效解决了黄山南铜镍矿化破碎带 中井巷掘进难题， 为生产的顺利进行创造了有利条 件。同时， 研究成果对类似工程的掘进与支护具有 一定的借鉴和指导意义。 参考文献 ［１］阚甲广， 杨 森， 张 农．巷道掘进扰动效应影响因素研究 ［Ｊ］．采矿与安全工程学报，２ ０ １ ４（６） ９ ３ ２－９ ３ ７． ［２］王俊生． 松软破碎岩层巷道的掘进与支护［Ｊ］． 河南理工大学 学报（ 自然科学版） ，２ ０ １ ０（Ｓ １） １ ５ ８－１ ６ ３． ［３］李翕然， 周爱民， 杨耀亮， 等． 松软破碎岩层巷道的掘进与支 护［Ｊ］．黄金， １ ９ ９ ６（６） ４． ［４］陈鹏刚， 庞明海．安徽李楼铁矿巷道掘进联合支护方案［Ｊ］．现 代矿业，２ ０ １ ８（３） ５ ９－６ １． ［５］郝 萤．山西麻家梁矿复杂条件下巷道掘进支护方案［Ｊ］．现 代矿业，２ ０ １ ８（３） ４ ５－４ ８． ［６］王 亮．破碎顶板巷道掘进支护技术研究与应用［Ｊ］．山东煤 炭科技，２ ０ １ ８（４） ２ ９－３ ０． ［７］古德生， 李夕兵， 等． 现代金属矿床开采科学技术［Ｍ］ ． 北京 冶金工业出版社，２ ０ ０ ６． （ 收稿日期 ２ ０ １ ８－０ ９－０ ３） 櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂 （ 上接第６页） 减少了回采工作面作业人数， 提升了工作面安全保 障水平和生产效率， 对综采工作面技术、 人员、 装备 的管理水平大幅提高， 实现了安全高效回采。智能 化综采工作面是今后高产高效矿井的发展方向， 通 过集控中心掌握综放工作面的设备运行工况， 实现 远程控制设备启停， 设备运行参数实时监控上传对 于实现综放工作面无人自动化值守具有重要意义。 参考文献 ［１］王国法．煤矿综采自动化成套技术与装备创新和发展［Ｊ］．煤 炭科学技术，２ ０ １ ３（１ １）． ［２］黄曾华， 苗建军．综采工作面设备集中控制技术的应用研究 ［Ｊ］．煤炭科学技术，２ ０ １ ３（１ １）． ［３］郭周克．薄煤层综采自动化配套装备开采技术［Ｊ］．煤炭科学 技术，２ ０ １ ３， ４ １（４） ２ ４－２ ７． ［４］薛振江．浅谈智能化工作面的优势与目前存在的缺陷［Ｊ］．科 技风，２ ０ １ ６（ １ ０） １ １ ９． ［５］王国法， 张德生．煤炭智能化综采技术创新实践与发展展望 ［Ｊ］．中国矿业大学学报，２ ０ １ ８，４ ７（３） ４ ５ ９－４ ６ ７． （ 收稿日期 ２ ０ １ ８－０ ６－２ ９） 作者简介 王 强（１ ９ ９ ２－） ， 男， 山西大同人， 助理工程师， 主 要从事采煤工程、 矿井设计，Ｅｍ ａ ｉ ｌ ０ ０ ０ ４ ５ ６ ５ ７ １＠１ ６ ３．ｃ ｏ ｍ。 １２ 亚呼甫， 等 黄山南铜镍矿井巷工程掘支工艺优化研究 ChaoXing
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