復(fù)雜條件下巷道開口分層爆破綜合支護(hù)工藝

張海峰

（潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)有限公司，山西 長治 046100）

1 概述

潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)有限公司N1206膠帶順槽南北走向布置，施工巷道東部為N1206工作面實(shí)煤區(qū)，南部為井田邊界，西部為N1205膠帶大巷，北部布置北風(fēng)井西翼膠帶大巷、西翼進(jìn)風(fēng)大巷、西翼2#回風(fēng)大巷以及輔助運(yùn)輸巷，見圖1。

N1206膠帶順槽設(shè)計長度為1455 m，巷道設(shè)計斷面規(guī)格為寬×高=5.0 m×4.5 m，沿石炭系3#煤層底板掘進(jìn)施工，煤層平均厚度為6.34 m，巷道掘進(jìn)方向上，3#煤層傾角為-2°～+4°，平均傾角為1°。煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖，平均厚度2.5 m，深灰色，塊狀，含少量云母細(xì)片，性脆，夾透鏡體細(xì)粒砂巖；基本頂為細(xì)粒砂巖，平均厚度3.4 m，深灰色，微薄層狀，含少量云母，與粉砂巖成互層狀，局部夾砂質(zhì)泥巖；N1206膠帶順槽巷道掘進(jìn)期間預(yù)留頂煤厚度為2.34 m。

N1206膠帶順槽從北風(fēng)井西翼膠帶大巷開口施工，巷道掘進(jìn)30 m后及60 m后施工巷道分別過西翼進(jìn)風(fēng)大巷、西翼2#回風(fēng)大巷底板，兩巷層間距為8.2 m；為了保證施工巷道過巷段施工安全，降低施工巷道開挖應(yīng)力以及上覆巖層巷道原巖應(yīng)力影響，準(zhǔn)備隊通過技術(shù)研究，決定對N1206膠帶順槽開口30～60 m段采取分層爆破施工工藝，并在頂板原支護(hù)設(shè)計基礎(chǔ)上，采取“撞楔超前支護(hù)+恒阻錨索桁架支護(hù)+雙梁梯形棚”支護(hù)措施進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

圖1 N1206膠帶順槽巷道布置

2 分層爆破開口施工工藝

2.1 施工原理

分層爆破施工工藝指的是為了避免巷道全斷面爆破時，爆破震動破壞了圍巖穩(wěn)定性，造成圍巖承載梁斷裂、破碎，而將巷道分上下兩層按設(shè)計的炮眼布置、爆破方式、裝藥量等參數(shù)進(jìn)行分次爆破。

2.2 施工工藝

（1）首先將N1206膠帶順槽斷面分兩層爆破，下斷面規(guī)格為寬×高=5.0 m×3.0 m，采用光面爆破方式；上斷面規(guī)格寬×高=5.0 m×1.5 m，采用松動爆破方式；爆破時采用礦用毫秒延期電雷管，延時為130 ms，炸藥采用礦用三級乳化炸藥，單支藥卷裝藥量為300 g，長度為300 mm，采用正向裝藥方式。

（2）下斷面共布置40個爆破炮孔，其中掏槽眼4個 （1#～4#），輔助眼12個 （5#～16#），周邊眼24個（17#～40#）；其中掏槽眼深度為1.5 m，單孔裝藥量為600 g，輔助眼、周邊眼深度為1.2 m，單孔裝藥量為300 g，見圖2。

（3）上斷面共布置一排松動爆破孔，每排布置5個，炮孔間距為1.0 m，深度為1.2 m，炮孔垂直煤壁布置，每個炮孔裝藥量為300 g。

圖2 N1206膠帶順槽光面爆破炮眼布置圖及說明表

（4）所有炮孔正向裝藥、串聯(lián)連接方式且采用水炮泥進(jìn)行封孔處理，封孔長度不得低于0.5 m，爆破時先對下斷面炮孔進(jìn)行一次性光面爆破，下斷面爆破后及時清理煤矸，然后對上斷面進(jìn)行松動爆破，每次允許爆破炮孔數(shù)量為2個。

3 N1206膠帶順槽聯(lián)合支護(hù)措施

為了提高巷道N1206膠帶順槽開口段頂板穩(wěn)定性，保證巷道施工安全，決定對開口段采取“撞楔超前支護(hù)+恒阻錨索桁架支護(hù)+雙梁梯形棚”聯(lián)合措施進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

3.1 撞楔超前支護(hù)

N1206膠帶順槽撞楔超前支護(hù)主要施工在巷道爆破施工前，對巷道頂板進(jìn)行超前維護(hù)，防止巷道爆破后因頂板支護(hù)不及時，發(fā)生冒落事故。

（1）N1206膠帶順槽撞楔超前支護(hù)施工在巷道設(shè)計頂板位置，超前支護(hù)由10根長度為3.0 m，直徑為30 mm中空鋼管組成，超前支護(hù)與煤壁垂直布置。

（2）首先在巷道設(shè)計頂板位置采用手持式鉆機(jī)進(jìn)行超前支護(hù)鉆孔施工，鉆孔直徑為35 mm，鉆孔深度為3.0 m，鉆孔間距為0.5 m，鉆孔施工完后對鉆孔依次安裝快速型錨固劑及支護(hù)體，并采用鉆機(jī)進(jìn)行錨固，支護(hù)體錨固后外露長度控制0.3 m。

（3）撞楔超前支護(hù)施工完后巷道進(jìn)行爆破施工，當(dāng)巷道爆破掘進(jìn)1.0 m后及時對頂板進(jìn)行錨桿、錨索永久支護(hù)，永久支護(hù)與撞楔超前支護(hù)之間采用托板或鋼帶進(jìn)行預(yù)緊。

3.2 恒阻錨索桁架支護(hù)

為了防止應(yīng)力對巷道頂板產(chǎn)生破壞作用，導(dǎo)致頂板出現(xiàn)下沉、離層現(xiàn)象，決定對頂板施工恒阻錨索桁架支護(hù)。

（1）恒阻錨索桁架支護(hù)主要是對兩根傾角錨索產(chǎn)生預(yù)緊拉力，使錨索在產(chǎn)生主動支護(hù)力作用下，還產(chǎn)生一個垂直向上的被動支護(hù)力，從而削弱頂板垂直向下的應(yīng)力破壞作用。

（2）N1206膠帶順槽頂板施工的桁架支護(hù)主要由一個雙向張拉器，兩根長度為8.0 m，直徑為21.6 mm恒阻錨索，以及兩根長度為1.6 m，直徑為22 mm螺紋鋼錨桿組成，鋼錨桿兩端焊制扁平狀，且焊制一個孔徑為25 mm圓孔。

（3）由于N1206膠帶順槽在30～60 m段上部為西翼大巷，層間距為8.2 m，為了避免恒阻錨索施工期間出現(xiàn)穿層現(xiàn)象，決定在距巷幫1.0 m處施工錨索鉆孔，鉆孔深度為8.0 m，鉆孔與頂板夾角為75°，鉆孔終孔位置位于幫部巖體內(nèi)，見圖3。

（4）錨索鉆孔施工完后，對鉆孔內(nèi)依次注入錨固劑及恒阻錨索，錨索外露長度控制在0.25 m，錨索安裝后在其外露端安裝螺紋鋼錨桿，并采用張拉器進(jìn)行預(yù)緊，桁架支護(hù)間距為1.5 m。

圖3 N1206膠帶順槽開口段頂板聯(lián)合加強(qiáng)支護(hù)斷面

3.3 雙梁梯形棚支護(hù)

為了提高永久支護(hù)效果，防止頂板破碎、下沉現(xiàn)象，同時為了避免傳統(tǒng)鋼棚對頂板產(chǎn)生切頂破壞作用，決定在巷道30～60 m段架設(shè)雙梁梯形棚。

（1）雙梁梯形棚主要由U29型鋼棚腿、底座、雙梯形梁等部分組成，棚腿共計4根，每一根棚腿長度為2.5 m；雙梯形梁主梁長度為4.8 m，共計兩根，間距為0.5 m，在2根主梁之間采用10#槽鋼連接，共計10根，間距為0.5 m。

（2）首先安裝棚腿底座，底座必須安裝在堅硬底板上，并采用地錨進(jìn)行固定，底座安裝后依次安裝棚腿，棚腿與棚腿之間采用插入式連接，搭接長度不得低于0.5 m，并采用抱箍固定。

（3）同一架鋼棚兩邊棚腿安裝后安裝頂梁，棚腿頂端焊制一個11#凹槽，將頂梁直接插入凹槽內(nèi)，并采用卡纜進(jìn)行固定，若頂梁安裝后不接頂，適當(dāng)調(diào)整棚腿高度必須保證頂梁與頂板接觸嚴(yán)實(shí)。

（4）雙梁梯形棚架設(shè)間距為1.5 m，所有鋼棚架設(shè)完成后為了保證鋼棚穩(wěn)定性，在相鄰兩件鋼棚棚腿之間采用長度為1.5 m連接桿進(jìn)行連接。

4 結(jié)語

潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)有限公司準(zhǔn)備隊通過技術(shù)研究，對N1206膠帶順槽開口過巷段提出了分層爆破施工工藝及“撞楔超前支護(hù)+恒阻錨索桁架支護(hù)+雙梁梯形棚”聯(lián)合加強(qiáng)支護(hù)措施，通過實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，取得顯著成效。

1）分層爆破施工工藝，避免了傳統(tǒng)一次型成巷時，出現(xiàn)頂板支護(hù)不及時，頂板應(yīng)力集中顯現(xiàn)現(xiàn)象，導(dǎo)致頂板垮落事故發(fā)生。

2）撞楔超前支護(hù)實(shí)現(xiàn)了對巷道應(yīng)力區(qū)“未掘先支”的目的，保證了巷道掘進(jìn)時頂板穩(wěn)定性，解決了傳統(tǒng)巷道掘進(jìn)時因頂板支護(hù)不及時，出現(xiàn)頂板破碎、冒落現(xiàn)象。

3）桁架支護(hù)主要通過改變恒阻錨索角度以及對拉桿預(yù)緊實(shí)現(xiàn)對頂板支撐，即實(shí)現(xiàn)了主動支護(hù)又實(shí)現(xiàn)了被動支護(hù)，有效削弱了頂板垂直應(yīng)力破壞作用，防止了頂板圍巖松動圈范圍擴(kuò)大，保證了永久支護(hù)效果。

4）與傳統(tǒng)工字鋼棚相比，雙梯形梁棚增加對頂板支護(hù)截面積，避免了傳統(tǒng)鋼棚在支護(hù)時，支護(hù)斷面小、頂梁受力大變形嚴(yán)重以及對頂板出現(xiàn)切頂破壞等技術(shù)難題。

5） 截止2019年2月N1206膠帶順槽已開口掘進(jìn)92 m，通過對30～60 m過巷段觀察發(fā)現(xiàn)，采取分層爆破施工工藝及聯(lián)合支護(hù)措施后，巷道在掘進(jìn)期間未出現(xiàn)頂板嚴(yán)重破碎現(xiàn)象，在過巷期間頂板最大下沉量為0.13 m，且得到有效控制，巷道過巷5 d后頂板基本趨于穩(wěn)定，未出現(xiàn)頂板永久支護(hù)失效現(xiàn)象。