導硐分層爆破施工巷道快速掘進工藝技術(shù)研究

劉拯江

(晉能控股煤業(yè)集團馬脊梁礦 技術(shù)科，山西 大同 037003)

馬脊梁礦采用現(xiàn)有的掘進工藝，在巷道掘進過程中，由于不同地勢構(gòu)造以及地形地貌的影響，造成巷道掘進速度較慢，出現(xiàn)采掘接替緊張，因此需要優(yōu)化掘進工藝，以改善采掘平衡，減少對采煤工藝的影響[1-5]，確保按巷道掘進方向掘進時，掘進巷道的安全性，這不僅關(guān)系到工人的生命安全，還關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)效率，使企業(yè)獲得更高的經(jīng)濟效益。

1 地質(zhì)概況

馬脊梁礦是一座擁有60 a開采歷史的現(xiàn)代化礦井，生產(chǎn)能力為430萬t/a，開采水平標高+836 m，其中3號305盤區(qū)8519工作面地面高差為35 m，煤層厚度為3.88～4.29 m，有1～3°的傾角，煤層結(jié)構(gòu)比較簡單，局部夾有1～2層夾矸，距離上覆7號煤層的層間距為77.67～79.82 m，8519工作面走向長度為1 294 m，整體構(gòu)造呈寬緩向背斜構(gòu)造，向斜軸為NW30°，傾向為SE。工作面上的斷面為半圓拱形，斷面的凈寬度為5.4 m，凈高度為4.3 m，凈斷面積為20.0 m2。

2 掘進工藝現(xiàn)狀分析

目前8519工作面掘進采用的是一次性全斷面爆破工藝，同時在爆破孔中填裝延時雷管，延時時間為130 ms，采用正向裝藥串聯(lián)方式進行連接[6-9]。使用EBZ-220型綜掘機進行采掘，使用MYT-125E型錨桿鉆機和ZQS-50型氣動手持鉆機，與綜掘機相互配套進行支護作業(yè)，使用自帶的轉(zhuǎn)載機搭接伸縮膠帶機進行運煤[10]。用現(xiàn)有的施工工藝進行施工，容易出現(xiàn)巷道成型效果差和巷道支護困難等問題，具體為：

1) 巷道成型效果差。巷道直接頂?shù)拿簩悠骄穸葹?.8 m，巖石特性主要是泥巖和粉砂巖互層，基巖不穩(wěn)定，易開裂?，F(xiàn)階段采用一次性16 kg的裝藥量進行全斷面爆破，爆破的威力嚴重破壞了頂板的穩(wěn)定性，使圍巖的裂隙帶發(fā)育，在巷道掘進后，拱形頂板不易預(yù)留，從而造成巷道成型效果差。

2) 巷道支護困難。爆破施工作業(yè)后，首先清理巷道內(nèi)的矸石，然后對巷道頂板和兩幫進行永久支護。由于巷道斷面有較高的高度，在矸石清理干凈后，需要在原有的支護結(jié)構(gòu)上搭設(shè)工作盤，大大增加了支護工序，延長了支護作業(yè)周期，使支護的施工難度增大。

3) 矸石輸送效率低。全斷面掘進0.8 m，巷道內(nèi)產(chǎn)生17.8 m3的矸石量，在出矸時，采用耙?guī)r機將矸石一次性排出，共耗時2.7 h，大大降低了矸石的輸送效率。

3 施工工藝優(yōu)化

3.1 掘進工藝優(yōu)化

針對目前存在的問題，采用導硐分層爆破施工工藝，以提高矸石的輸送效率，加快巷道的掘進速度，降低巷道的支護難度，具體為：

1) 巷道全斷面掘進6 m后停止掘進，對巷道及時進行支護，同時將帶式輸送機的尾部延伸到工作面內(nèi)。在輸送機的尾部上方安裝1個工作盤，用長度為5 m、直徑為300 mm的原木進行搭設(shè)，搭設(shè)的工作盤長×寬×高=6 m×5 m×1.5 m，同時，在工作盤上留設(shè)1個溜煤口，溜煤口的長度為1 m，寬度為1 m。搭設(shè)好工作盤后，將隔爆型耙?guī)r機安裝在工作盤頂部。

2) 對工作面進行導硐分層爆破施工[11-13]。上分層斷面是拱形，采用一次性導硐爆破施工方法，在上斷面內(nèi)共設(shè)計導硐爆破孔26個，包括4個掏槽孔、11個輔助孔、11個周邊孔，其中掏槽孔的深度為1.2 m，爆破裝藥量為600 g；輔助孔和周邊孔的深度為1.0 m，爆破裝藥量為300 g，整個上斷面內(nèi)裝藥量共計約9 kg，具體布置如圖1所示。對拱形斷面爆破施工后，及時將矸石清理干凈，并對頂板進行永久支護。

圖1 導硐分層爆破炮眼布置斷面示意(mm)

3) 上分層導硐爆破施工30 m后停止掘進，在輸送機的頂部安裝1個耙?guī)r機，采用松動爆破方法對下分層矩形斷面進行起底施工。在下分層施工中，共設(shè)計2排松動爆破孔，每排設(shè)計炮孔5個，每個炮孔的深度為1.0 m，單個炮孔的裝藥量為300 g，一次爆破5個炮孔。對下分層施工爆破后，及時將矸石清理干凈，并進行補打巷幫支護。

4) 下分層掘進30 m后，延伸帶式輸送機到工作面內(nèi)，搭設(shè)同尺寸的工作盤，繼續(xù)對上分層導硐進行施工，如此往復，直到巷道掘進完成為止。

3.2 斷面支護工藝優(yōu)化

對巷道斷面支護工藝進行優(yōu)化，具體為：

1) 在支護時，對拱形頂板采用5根全斷面JW型鋼帶進行支護，其中頂板上3根弧形鋼帶，兩幫各2根線型鋼帶，相鄰的2根鋼帶通過恒阻錨索搭接在一起，錨索的長度為6.3 m，直徑為21.6 mm，斷層帶聯(lián)合支護的示意如圖2所示。

2) 為了使頂板鉆孔數(shù)量盡可能少、不穩(wěn)定巖層的穩(wěn)定性增強，在支護時，采用5根管式注漿錨桿進行支護[14]，其中拱形頂部使用3根，幫部使用2根，采用注漿錨桿錨固后，對頂板進行聚氨酯注漿施工。

3) 為了保證斷層帶附近頂板的穩(wěn)定性，防止頂板下沉，在斷層帶前后5 m范圍內(nèi)，安裝U29密集型工字鋼棚，每架工字鋼棚之間留有1 m的間距，兩架相鄰的鋼棚通過3組拉桿實現(xiàn)聯(lián)鎖保護，鋼棚和圍巖之間留有0.2 m的距離，采用水泥背板進行填充使其形成砌碹密閉結(jié)構(gòu)[15-17]。

圖2 斷層帶聯(lián)合支護斷面示意

4 效果分析

在馬脊梁礦8591工作面上用優(yōu)化的快速掘進工藝進行工業(yè)性試驗，在斷面上設(shè)置巷道表面位移觀測點，采用激光測距儀對頂板和兩幫的實際位移量進行收集，得到巷道圍巖變形曲線如圖3所示。

圖3 巷道圍巖變形曲線

可以看出，在第8天時頂板的位移量為78 mm，此時位移量為最大，在第14 d時兩幫的位移量為103 mm，此時位移量為最大。巷道掘進嚴格按照作業(yè)規(guī)程快速掘進，而且各類設(shè)備、綜掘機落煤以及巷道支護的效果良好，能達到預(yù)先設(shè)定的掘進速度，滿足支護設(shè)計要求。在試驗期間，工作面每月掘進距離從220 m提高到335 m，加快了掘進工作效率，增加了經(jīng)濟效益。

5 結(jié) 語

針對馬脊梁礦出現(xiàn)的采掘接替緊張問題，分析現(xiàn)有工藝造成的技術(shù)難題，提出采用導硐分層爆破施工工藝進行快速掘進，結(jié)果如下：

1) 采用現(xiàn)有的施工工藝進行施工，容易出現(xiàn)巷道成型效果差、巷道支護難度大以及矸石輸送效率低。

2) 在8519工作面上進行工業(yè)性試驗，結(jié)果表明：使用優(yōu)化后的施工工藝，工作面每月掘進距離從220 m提高到335 m，加快了掘進工作效率，縮短了巷道支護時間，增加了經(jīng)濟效益。