炮掘巷道過斷層施工工藝優(yōu)化及應(yīng)用

武振華

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)白洞礦業(yè)公司， 山西 大同 037031）

引言

巷道爆破掘進(jìn)過斷層時(shí)，采用傳統(tǒng)全斷面爆破施工工藝不僅掘進(jìn)效率低，爆破落矸體積大，不利于煤矸快速運(yùn)輸，而且斷層侵入后圍巖整體穩(wěn)定性差，采用全斷面爆破時(shí)受爆破震動(dòng)影響，圍巖出現(xiàn)垮落、破碎現(xiàn)象，所以炮掘巷道過斷層時(shí)采取合理有效的施工工藝及支護(hù)技術(shù)，對(duì)巷道快速掘進(jìn)具有重要意義。本文以白洞礦2114 系統(tǒng)巷掘進(jìn)為例，對(duì)巷道過斷層期間施工工藝及支護(hù)技術(shù)進(jìn)行合理優(yōu)化，通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，優(yōu)化后的施工工藝及支護(hù)技術(shù)，有效加快了巷道掘進(jìn)效率，提高了斷層帶處圍巖穩(wěn)定性，取得了顯著實(shí)際應(yīng)用效果。

1 2114 系統(tǒng)巷概述

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)白洞礦業(yè)公司2114 系統(tǒng)巷位于井田301 盤區(qū)，巷道東部為井田邊界，西部為盤區(qū)的皮帶、材料、回風(fēng)巷，南部為實(shí)煤區(qū)，北部為301 盤區(qū)東部的皮帶巷、軌道巷及回風(fēng)巷。2114 系統(tǒng)巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為210 m、寬度為5.0 m、高度為3.5 m，巷道沿石炭系5 號(hào)煤層底板進(jìn)行掘進(jìn)，煤層平均厚度為9.05 m，平均傾角為8°，煤層普遍有3～8 層夾石，夾石厚一般為0.10～0.30 m，夾石斷斷續(xù)續(xù)，不穩(wěn)定[1-3]。

2114 系統(tǒng)巷采用全斷面光面爆破施工，全斷面布置炮眼數(shù)量為50 個(gè)，其中掏槽眼6 個(gè)，輔助眼12個(gè)，周邊眼30 個(gè)，掏槽眼深度為1.8 m，裝藥量為1.2 kg，周邊眼和輔助眼深度為1.6 m，裝藥量為0.9 kg，采用正向裝藥方式，全斷面一次性爆破施工。

截至目前2114 系統(tǒng)巷已掘進(jìn)110 m，巷道掘進(jìn)至108 m 處揭露一條正斷層，斷層的落差為1.8 m，傾角為52°，斷層侵入后破壞了圍巖穩(wěn)定性，導(dǎo)致巷道采用全斷面爆破施工時(shí)，圍巖受應(yīng)力及爆破震動(dòng)影響而破碎嚴(yán)重，以及巷道過斷層期間的平均掘進(jìn)速度不足1.5 m/d。

2 分層爆破施工工藝

為了解決傳統(tǒng)全斷面一次性爆破施工時(shí)，應(yīng)力區(qū)圍巖破壞力度大等技術(shù)難題，決定對(duì)巷道采取分層爆破施工工藝。

1）采用分層爆破施工工藝指的是對(duì)巷道下斷面施工光面爆破孔并進(jìn)行光面爆破施工，下斷面爆破施工時(shí)對(duì)上斷面巖體產(chǎn)生裂隙擴(kuò)張破壞，然后對(duì)上斷面施工松動(dòng)爆破孔并進(jìn)行爆破施工，從而減少上斷面爆破炮孔數(shù)量以及裝藥量，避免因一次性爆破時(shí)裝藥量大，導(dǎo)致圍巖破壞嚴(yán)重。

2）分層爆破施工時(shí)，上斷面規(guī)格為長(zhǎng)×高=5.0 m×2.0 m，下斷面規(guī)格為長(zhǎng)×高=5.0 m×3.0 m，采用手持式鉆機(jī)對(duì)下斷面進(jìn)行爆破鉆孔施工，下斷面共計(jì)布置20 個(gè)爆破鉆孔，掏槽孔4 個(gè)，輔助孔6 個(gè)，周邊孔10個(gè)，其中掏槽孔深度為1.6 m，裝藥量為0.9 kg，輔助孔以及周邊孔深度為1.4 m，裝藥量為0.6 kg，裝藥完成后采用一次性爆破施工。

3）下斷面光面爆破施工后對(duì)上端面進(jìn)行松動(dòng)爆破，上斷面共計(jì)施工兩排松動(dòng)爆破孔，每排布置5 個(gè)，兩排爆破孔邁步式布置，松動(dòng)爆破孔深度為1.2 m，鉆孔布置間距為1.0 m，布置排距為1.0 m，每個(gè)鉆孔內(nèi)裝藥量為0.3 kg，每次爆破鉆孔數(shù)量不得超過5 個(gè)。

4）所有爆破鉆孔采用炸藥為礦用三級(jí)乳化炸藥，雷管采用毫秒延期電雷管，雷管采用正向安裝方式，相鄰兩個(gè)炮孔雷管腳線采用串聯(lián)連接方式，每個(gè)鉆孔采用水炮泥進(jìn)行封孔處理，水炮泥封孔深度不得低于0.5 m。

3 斷層區(qū)頂板支護(hù)措施

為了提高斷層區(qū)頂板整體穩(wěn)定性，防止應(yīng)力作用以及爆破震動(dòng)影響，導(dǎo)致頂板垮落現(xiàn)象，決定對(duì)巷道頂板采取“組合錨索+JW 型鋼帶+π 型鋼棚”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。

3.1 組合錨索施工

1）2114 系統(tǒng)巷施工的組合錨索主要由三根恒阻錨索和一塊鋼托板組成，組合錨索采用兩短一長(zhǎng)布置，錨索直徑為21.8 mm，短錨索長(zhǎng)度為8.3 m，長(zhǎng)錨索長(zhǎng)度為10.3 m，鋼托板長(zhǎng)度及寬度均為0.5 m，托板上布置三個(gè)錨索支護(hù)鉆孔。

2）組合錨索采用“一二一”布置方式，相鄰兩排組合錨索布置排距為2.0 m、間距為3.0 m；組合錨索施工前先對(duì)頂板進(jìn)行標(biāo)定錨索鉆孔位置，位置標(biāo)定完后，進(jìn)行鉆孔施工，鉆孔施工完后依次注入兩短一長(zhǎng)恒阻錨索，并采用錨固劑進(jìn)行錨固。

3）帶三根錨索錨固完成后在錨索外露端安裝一塊鋼托板，并采用鎖具預(yù)緊，每根錨索預(yù)緊力不得低于290 kN。

3.2 JW 型鋼帶施工

由于原頂板采用M 型鋼帶，該鋼帶寬度小、支護(hù)截面積小且支護(hù)強(qiáng)度低，所以決定對(duì)應(yīng)力區(qū)頂板采用JW 型鋼帶配合左旋無縱筋螺紋鋼錨桿支護(hù)。

1）2114 系統(tǒng)巷采用的JW 型鋼帶長(zhǎng)度為4.8 m、寬度為0.28 m，鋼帶兩端橫截面成JW 型，鋼帶厚度為4 mm，鋼帶上均勻布置5 個(gè)錨桿支護(hù)孔，孔間距為1.0 m，鋼帶布置排距為1.0 m。

2）在巷道中部施工一個(gè)錨桿支護(hù)孔，孔深度為2.5 m，直徑為30 mm，支護(hù)孔施工完后對(duì)孔內(nèi)安裝一根長(zhǎng)度為2.5 m 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿采用端頭錨固方式，錨桿錨固后外露長(zhǎng)度控制在10～50 mm范圍內(nèi)。

3）中間錨桿施工完后依次安裝金屬網(wǎng)和JW 型鋼帶，鋼帶與錨桿固定后擺正鋼帶，依次施工剩下四個(gè)錨桿支護(hù)鉆孔，然后依次錨注錨桿并將鋼帶進(jìn)行固定。

3.3 π 型鋼棚支護(hù)

為了進(jìn)一步提高斷層區(qū)圍巖穩(wěn)定性，決定對(duì)斷層區(qū)架設(shè)密集“π”型工字鋼棚，具體支護(hù)方案如下。

1）2114 系統(tǒng)巷架設(shè)的“π”鋼棚主要由π 型頂梁、棚腿、連接桿、底座以及卡纜等部分組成；在進(jìn)行鋼棚安裝前由地測(cè)科現(xiàn)場(chǎng)給定安裝控制線，并將鋼棚每一部分運(yùn)輸?shù)桨惭b地點(diǎn)，同時(shí)將安裝地點(diǎn)浮煤清理干凈。

2）待所有準(zhǔn)備工作完成后開始架設(shè)矩形工字鋼棚，架設(shè)鋼棚順序如下：先安裝同一架鋼棚兩個(gè)棚腿底座，棚腿底座采用地錨進(jìn)行固定；棚腿底座安裝后將棚腿與底座之間采用螺母進(jìn)行固定，同時(shí)采用錨桿將棚腿與巷幫進(jìn)行固定；棚腿安裝后將頂梁與兩個(gè)棚腿采用卡纜進(jìn)行固定；相鄰兩架鋼棚安裝到位后，在棚腿之間采用連接桿進(jìn)行固定；矩形鋼棚安裝距離為1.0 m[4-5]。

4 結(jié)語

2114 系統(tǒng)巷過F2 斷層斷層時(shí)，采取分層松動(dòng)爆破施工以及聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，取得了以下顯著應(yīng)用成效：

1）2114 系統(tǒng)巷在過斷層區(qū)時(shí)采取分層爆破施工時(shí)，全斷面共計(jì)布置30 個(gè)爆破孔，其中下斷面20 個(gè)，上斷面10 個(gè)，總裝藥量為21 kg，與傳統(tǒng)全斷面爆破施工工藝相比，減少了炮孔數(shù)量達(dá)20 個(gè)，減少裝藥量達(dá)30 kg，單茬爆破施工時(shí)間縮短了1.5 h，巷道掘進(jìn)速度提高至3.2 m/d；同時(shí)采用分層爆破施工后，避免了傳統(tǒng)一次性爆破時(shí)裝藥量大，出現(xiàn)圍巖破碎的現(xiàn)象。

2）對(duì)斷層區(qū)采取聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，大大提高了圍巖整體穩(wěn)定性，巷道在后期掘進(jìn)過程中未出現(xiàn)頂板破碎、兩幫垮落現(xiàn)象，保證了巷道安全掘進(jìn)。