巷道掘進過程中過陷落柱施工技術的應用

李瑞亮

（山西晉城煤業集團長平公司， 山西 晉城 048400）

1 工程概況

山西長平煤業有限責任公司作為晉煤集團的主力生產礦井，批準開采3號煤層，批準生產能力為500萬t/年。根據井下巷道和三維地震解釋，井田范圍共發育巖溶陷落柱246個，均為物探推斷，其中79個陷落柱已揭露驗證，167個陷落柱未驗證。在巷道延伸地段和三維地震工作區范圍均有不同程度分布，最大陷落柱是井田西部山頭村DX70陷落柱，為地震揭露陷落柱，其長軸410 m，短軸140 m。眾多的陷落柱在井田內形成大量無煤柱，并對陷落柱邊緣煤層也造成一定程度的破壞，使煤層強度減低，容易破碎，有時煤層中滲入巖塊、碎屑，影響了煤層質量。

晉煤集團長平公司53023巷為5302綜采工作面的順槽巷道，為5302綜采工作面皮帶巷，巷道設計長度1 832.8 m。按方位角180°00′00″向南掘進。巷道設計寬5.6 m，高4.2 m，巷道掘進斷面面積23.52 m2。巷道布置在3號煤層中，沿煤層頂板掘進。3號煤層平均厚度約5.6 m，煤層傾角0°～12°，平均傾角4°。根據三維地震資料顯示，53023巷掘進至700 m至740 m段將揭露SX82陷落柱，根據5302底抽2巷巷道內揭露的SX82陷落柱分析，即為地面物探的DX70陷落柱，該陷落柱長軸410m，短軸140m，在53023巷掘進方向上影響約70m左右。

2 巷道掘進施工技術方法

2.1 掘進方式的選擇

考慮到EBZ150掘進機的截割強度要求，施工時若巖石硬度系數f≤6.5時，可以使用EBZ150掘進機直接截割施工，若巖石硬度系數f＞6.5時，采用放震動炮（在矸體上施工炮眼）配合機組截割進行施工。本方案巖石硬度系數f＞6.5，采用的爆破震動配合機組截割開挖方式[1-2]。

2.2 爆破參數的設計

2.2.1 鉆孔器具及爆破材料

使用YT-7655型風鉆、液壓鉆車打眼，鉆頭直徑Φ42 mm，人工裝藥爆破。采用電容式發爆器（礦用防爆型）起爆，煤礦許用三級乳化炸藥，同廠同期的2 ms延期電雷管。

2.2.2 炮眼個數及深度

根據鉆探數據及陷落柱內巖性分布特征，陷落柱內巖性多為泥巖、粉砂巖及黏土物質充填，巖石結構性質較為破碎、松軟，如大藥量深孔爆破容易造成頂板垮落，將會給安全生產帶來不利影響。因此，采用全斷面小藥量多孔震動爆破，有利于機組截割即可。巷道全斷面放炮施工時，共布置79個炮眼，炮眼的橫向間距0.5 m，縱向間距0.5 m。輔助眼及周邊眼炮眼深度為1.0 m，每個炮眼最大裝藥量為2卷藥；掏槽眼深度1.2 m，每個炮眼最大裝藥量為2.5卷藥。

2.2.3 掏槽眼設計

爆破掏槽眼的目的主要是為后繼起爆炮孔抵抗線范圍內巖石的崩落提供自由空間，掏槽爆破效果將直接影響到輔助眼的爆破效果，進而影響到周邊眼的爆破，是整個爆破效果的關鍵所在[3]。在過構造期間，為考慮生產安全，每次掘進不得大于1 m，且考慮到陷落柱內的巖性結構比較破碎，利于爆破，故設計掏槽眼深度為1.2 m，確保爆破后達到1 m的掘進進尺。

2.2.4 周邊眼布置及爆破順序

周邊眼布置在巷道掘進區域的輪廓線上，為確保爆破后巷道斷面達到設計要求，以防欠挖，故施工周邊眼向外適當傾斜，眼底落在巷道輪廓線外約100mm，炮眼之間互相平行，孔距50 cm，網格型排列。采用串聯的聯線方式，所有炮眼均采用正向裝藥，水泡泥封孔，封泥長度不得小于炮眼深度的1/2，一次性全斷面爆破。各類炮眼爆破參數見表1。

表1 各類炮眼爆破參數

2.3 爆破成效

根據以上設計爆破參數，爆破后配合機組鏟矸、截割成型，單班循環進尺增加約1 m，通過該陷落柱時間比單獨使用炮掘或使用機組截割提前約15 d，減少了人工出矸等體力勞動時間，提高了巷道掘進過構造期間機械設備的利用率，有效降低了勞動強度。

根據5302底抽2巷掘進過程中對該陷落柱的揭露情況分析，該陷落柱不溝通含水層，在巷道掘進過程中不受水害威脅。

3 過陷落柱支護方式

在過陷落期間，首先將巷道內掘進排距縮小為800 mm，將原設計中支護錨索加長，頂板采用雙層金屬網，配合SKP22×1/1720×8300 mm錨索進行施工，確保錨索能夠錨固在穩定巖層中。由于該巷道為5302工作面的膠帶機巷，為確保工作面回采中壓力增大后巷道的安全性，對陷落柱區段架棚進行補強支護。棚腿采用12號礦用工字鋼，長5.6 m；板梁采用礦用板梁，規格（長度）為1 400 mm，部分木楔；背板長1 400 mm；單體柱4.5 m；拉桿為Φ14 mm×880 mm。棚腿及棚梁之間用拉桿進行連鎖，為確保放炮期間架棚段安全性，在靠近工作面的10架棚腿安裝防倒裝置，棚梁上部使用板梁填實接頂。架棚支護區段，棚距支護排距為0.8 m。

架棚支護過程中需要注意：棚梁（工字鋼）抬進工作面，需及時用雙股10號鐵絲固定在頂金屬網上，固定點不少于3處，保證穩定可靠。現場為方便施工，應提前按照施工排距將鐵絲懸掛于頂板上，方便后期固定。使用背板、木楔或板梁將頂梁與頂板背緊背實，每架棚梁不少于3處。使用防倒繩按標準將單體柱連鎖防倒，其中柱頭一處固定在巷幫或頂板金屬網上，靠手把處防倒繩應與鄰近的單體柱連鎖。頂梁使用雙股10號鐵絲固定在頂網上，前后兩架棚梁之間使用拉桿連鎖（不少于2處），形成整體。

4 結論

通過以上措施，在確保工程質量的前提下順利通過了SX82陷落柱，并且提高了巷道掘進效率，降低了工人的勞動強度，確保了過構造期間的安全生產。應用效果表明：

1）在提前掌握清陷落柱賦存位置的情況下，根據其巖性特征，設計爆破參數及支護方式，能夠保證巷道成型和圍巖的穩定

2）采用加長錨索配合工字鋼架棚補強支護，能夠確保巷道的支護質量。

3）使用放震動炮的方式破矸，再使用掘進機截割出矸，能夠有效降低人工出矸的勞動強度，有效發揮機械化設備的掘進效率。