大斷面巷道快速開(kāi)口施工工藝優(yōu)化

李帥帥

（山西晉煤集團(tuán)長(zhǎng)平煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048000）

1 概述

山西晉煤集團(tuán)長(zhǎng)平煤業(yè)有限責(zé)任公司53032 巷位于五盤區(qū)南翼，巷道北部為五盤區(qū)大巷，東部為5303 工作面，南部為實(shí)煤區(qū)，西部為53031 巷。如圖1 所示。

圖1 53032 巷平面布置示意圖

53032 巷設(shè)計(jì)矩形斷面為寬×高=5.0×4.0m，掘進(jìn)煤層為3#煤層。煤層最大厚度為5.72m，最小厚度為5.12m，平均厚度為5.48m，普氏硬度為2.7～3.2，平均傾角為5°。3#煤層無(wú)偽頂，直接頂主要以砂質(zhì)泥巖、細(xì)粒砂巖混合巖層為主，平均厚度為2.7m；基本頂主要以粗砂巖為主，平均厚度為9.2m。

53032 巷從五盤區(qū)膠帶車巷開(kāi)口并沿3#煤層頂板進(jìn)行掘進(jìn)施工。根據(jù)《五盤區(qū)53032 巷掘進(jìn)規(guī)程》設(shè)計(jì)巷道掘進(jìn)期間主要采用錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)。采用Ф22/2400mm 錨桿，每排布置5 根，間排距=1.1×1.0m；采用Ф22×6.3mm 錨索，每排三根，間排距=1.8×3.0m。

2 53032 巷原開(kāi)口施工方案及問(wèn)題分析

2.1 巷道原開(kāi)口施工方案

初步設(shè)計(jì)中53032 巷開(kāi)口時(shí)全斷面布置50 個(gè)爆破鉆孔。其中掏槽孔8 個(gè)，深度為1.4m，水平角度為95°；輔助孔20 個(gè)，深度為1.2m；周邊孔22個(gè)，深度為1.2m。全斷面裝藥量為30.6kg。

2.2 問(wèn)題分析

（1）巷道斷面設(shè)計(jì)不合理

巷道在開(kāi)口時(shí)應(yīng)力集中破壞作用相對(duì)明顯。初步設(shè)計(jì)中巷道為矩形斷面，根據(jù)53031 巷開(kāi)口觀察發(fā)現(xiàn)，采用矩形斷面時(shí)頂板在應(yīng)力作用下出現(xiàn)斷裂、破碎現(xiàn)象，局部出現(xiàn)冒落現(xiàn)象。

（2）爆破震動(dòng)破壞嚴(yán)重

原施工設(shè)計(jì)中采用全斷面一次性爆破施工的裝藥量大、爆破威力大，爆破時(shí)對(duì)巷道圍巖及鄰近巷道圍巖產(chǎn)生震動(dòng)破壞作用，不利于巷道安全維護(hù)及安全施工。

（3）巷道成型效果差

傳統(tǒng)爆破施工主要是通過(guò)爆破作用使圍巖破裂。在不穩(wěn)定圍巖巷道掘進(jìn)時(shí)，爆破施工對(duì)巷道成型效果差，導(dǎo)致巷道超挖、欠挖現(xiàn)象嚴(yán)重，特別是造成巷道頂板不平現(xiàn)象，影響支護(hù)體支護(hù)效果。

（3）圍巖穩(wěn)定性差

由于53032 巷在開(kāi)口時(shí)受原五盤區(qū)膠帶機(jī)巷掘進(jìn)應(yīng)力影響，開(kāi)口處圍巖穩(wěn)定性差，開(kāi)口前10m 范圍內(nèi)巷道圍巖易出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，巷道開(kāi)口掘進(jìn)時(shí)采用傳統(tǒng)的錨桿、錨索支護(hù)，支護(hù)強(qiáng)度低、支護(hù)滯后且支護(hù)體錨固失效等現(xiàn)象嚴(yán)重，不利于巷道開(kāi)口掘進(jìn)。

3 巷道開(kāi)口施工方案優(yōu)化

3.1 巷道斷面優(yōu)化

為了提高巷道斷面承載能力，決定將原矩形斷面改為半圓拱形斷面。為了便于53032 巷在后期掘進(jìn)時(shí)煤矸運(yùn)輸，巷道斷面設(shè)計(jì)為寬度5.2m，高度4.2m，其中半圓拱高度為2.6m，基部高度為1.6m。

3.2 分層聚能爆破施工

為了降低全斷面爆破施工時(shí)對(duì)巷道圍巖產(chǎn)生震動(dòng)破壞，提高巷道成型效果，決定采用分層預(yù)裂爆破施工工藝。

（1）首先按照巷道中腰線標(biāo)出巷道輪廓線，然后在半圓拱頂板施工一排預(yù)裂爆破鉆孔。鉆孔深度為3.5m，直徑為35mm，鉆孔間距為0.5m。半圓拱輪廓共計(jì)施工15 個(gè)預(yù)裂爆破孔。

（2）預(yù)裂爆破鉆孔施工完后對(duì)孔內(nèi)安裝D 型聚能管。聚能管主要由PVC 材料模具壓成，長(zhǎng)度為1.5m。在D 型管兩側(cè)各布置一排直徑為8mm 圓孔，孔間距為0.3m，每個(gè)爆破孔內(nèi)安裝兩根聚能管。

（3）聚能管安裝后對(duì)管內(nèi)填裝礦用乳化炸藥，采用分隔式裝藥方式，即每填裝一支乳化炸藥安裝一段水炮泥，水炮泥長(zhǎng)度為0.5m，共計(jì)裝藥三段，每個(gè)炮孔內(nèi)安裝三支同型號(hào)的毫秒延期電雷管。裝藥完成后對(duì)頂板進(jìn)行預(yù)裂爆破，每次允許爆破孔數(shù)為1 個(gè)。

（4）待預(yù)裂爆破完成后，進(jìn)行巷道分層爆破施工。分層爆破時(shí)先進(jìn)行基部光面爆破施工，然后再對(duì)拱形部進(jìn)行松動(dòng)爆破施工。

3.3 支護(hù)設(shè)計(jì)

3.3.1 撞楔超前支護(hù)

（1）為了防止爆破施工時(shí)震動(dòng)作用對(duì)頂板影響，在巷道預(yù)裂爆破后，分層爆破施工前，對(duì)巷道頂板輪廓位置施工一排撞楔超前支護(hù)。

（2）超前支護(hù)孔布置間距為0.5m，且與預(yù)裂爆破孔交錯(cuò)布置，支護(hù)孔深度為3.0m，鉆孔直徑為30mm，鉆孔垂直工作面煤壁布置。

（3）超前支護(hù)孔施工完成后，對(duì)每個(gè)鉆孔內(nèi)安裝一根長(zhǎng)度為3.0m、直徑為25mm 玻璃鋼樹(shù)脂錨桿，并對(duì)錨桿采用端頭錨固。

3.3.2 優(yōu)化原支護(hù)設(shè)計(jì)

巷道爆破施工完成后，為了提高拱形巷道全斷面支護(hù)效果，決定對(duì)巷道頂板及幫部支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行合理優(yōu)化。

（1）優(yōu)化后巷道頂板共計(jì)布置7 根左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿弧長(zhǎng)間距為1.02m，排距為1.0m，同一排錨桿外露端安裝兩根長(zhǎng)度為4.0m 鋼帶，鋼帶疊加布置。

（2）優(yōu)化后頂板錨索長(zhǎng)度增加為6.0m，每排布置3 根，錨索排距縮短為2.0m，間距弧長(zhǎng)為2.04m。

（3）優(yōu)化后巷幫布置兩排單錨桿，錨桿間排距為1.0m，第一排錨桿施工在巷道基部與拱部交界處。如圖2 所示。

3.3.3 鋼棚砌碹支護(hù)

為了進(jìn)一步提高巷道圍巖穩(wěn)定性，在巷道開(kāi)口往里10m 范圍內(nèi)進(jìn)行鋼棚砌碹支護(hù)。

（1）鋼棚采用U29 型鋼棚，每架鋼棚由兩節(jié)棚腿、四節(jié)弧形頂梁、底座以及卡纜等部分組成。棚腿長(zhǎng)度為1.6m，每節(jié)頂梁弧長(zhǎng)為2.04m。

（2）鋼棚架設(shè)高度為4.0m，鋼棚架設(shè)間距為1.0m。鋼棚架設(shè)完成確保鋼棚與巷道圍巖之間預(yù)留0.2m 間隙。

（3）鋼棚架設(shè)完后在鋼棚外圍全斷面鋪設(shè)木板，木板長(zhǎng)度為3.0m，寬度為0.3m，厚度為0.2m。 所有鋼棚外圍木板鋪設(shè)完成后，對(duì)鋼棚與圍巖間隙處進(jìn)行水泥砂漿充填。

圖2 53032 巷開(kāi)口處聯(lián)合支護(hù)斷面示意圖

4 效果

（1）53032 巷采用分層聚能爆破開(kāi)口施工工藝后，減少了一次性爆破裝藥量，避免了大威力爆破對(duì)巷道圍巖產(chǎn)生震動(dòng)破壞作用和超挖、欠挖等問(wèn)題。

（2）采用聚能爆破施工時(shí)，可使巷道圍巖按設(shè)計(jì)斷面提前進(jìn)行預(yù)裂，保證了巷道爆破施工時(shí)巷道成型率，減少了巷道輪廓以外巖體裂隙發(fā)育。

（3）采用聯(lián)合支護(hù)措施后，大大提高了巷道圍巖穩(wěn)定性，解決了巷道開(kāi)口時(shí)傳統(tǒng)支護(hù)不足、支護(hù)強(qiáng)度低、支護(hù)失效嚴(yán)重等技術(shù)難題，保證了巷道安全快速掘進(jìn)，防止巷道冒頂、片幫等現(xiàn)象。

（4）與53031 巷開(kāi)口相比，巷道開(kāi)口速率提高至5.3m/d，巷道成型率由原來(lái)的76%提高至94%，巷道掘進(jìn)期間未發(fā)生頂板破碎、冒頂?shù)痊F(xiàn)象。該施工工藝及支護(hù)技術(shù)得到一致認(rèn)可，并進(jìn)行推廣應(yīng)用。