大斷面巷道快速開口施工工藝優化

李帥帥

（山西晉煤集團長平煤業有限責任公司，山西 晉城 048000）

1 概述

山西晉煤集團長平煤業有限責任公司53032 巷位于五盤區南翼，巷道北部為五盤區大巷，東部為5303 工作面，南部為實煤區，西部為53031 巷。如圖1 所示。

圖1 53032 巷平面布置示意圖

53032 巷設計矩形斷面為寬×高=5.0×4.0m，掘進煤層為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#煤層無偽頂，直接頂主要以砂質泥巖、細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 巷從五盤區膠帶車巷開口并沿3#煤層頂板進行掘進施工。根據《五盤區53032 巷掘進規程》設計巷道掘進期間主要采用錨桿、錨索聯合支護。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 巷原開口施工方案及問題分析

2.1 巷道原開口施工方案

初步設計中53032 巷開口時全斷面布置50 個爆破鉆孔。其中掏槽孔8 個，深度為1.4m，水平角度為95°；輔助孔20 個，深度為1.2m；周邊孔22個，深度為1.2m。全斷面裝藥量為30.6kg。

2.2 問題分析

（1）巷道斷面設計不合理

巷道在開口時應力集中破壞作用相對明顯。初步設計中巷道為矩形斷面，根據53031 巷開口觀察發現，采用矩形斷面時頂板在應力作用下出現斷裂、破碎現象，局部出現冒落現象。

（2）爆破震動破壞嚴重

原施工設計中采用全斷面一次性爆破施工的裝藥量大、爆破威力大，爆破時對巷道圍巖及鄰近巷道圍巖產生震動破壞作用，不利于巷道安全維護及安全施工。

（3）巷道成型效果差

傳統爆破施工主要是通過爆破作用使圍巖破裂。在不穩定圍巖巷道掘進時，爆破施工對巷道成型效果差，導致巷道超挖、欠挖現象嚴重，特別是造成巷道頂板不平現象，影響支護體支護效果。

（3）圍巖穩定性差

由于53032 巷在開口時受原五盤區膠帶機巷掘進應力影響，開口處圍巖穩定性差，開口前10m 范圍內巷道圍巖易出現破碎現象，巷道開口掘進時采用傳統的錨桿、錨索支護，支護強度低、支護滯后且支護體錨固失效等現象嚴重，不利于巷道開口掘進。

3 巷道開口施工方案優化

3.1 巷道斷面優化

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 巷在后期掘進時煤矸運輸，巷道斷面設計為寬度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對巷道圍巖產生震動破壞，提高巷道成型效果，決定采用分層預裂爆破施工工藝。

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

（2）預裂爆破鉆孔施工完后對孔內安裝D 型聚能管。聚能管主要由PVC 材料模具壓成，長度為1.5m。在D 型管兩側各布置一排直徑為8mm 圓孔，孔間距為0.3m，每個爆破孔內安裝兩根聚能管。

（3）聚能管安裝后對管內填裝礦用乳化炸藥，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，水炮泥長度為0.5m，共計裝藥三段，每個炮孔內安裝三支同型號的毫秒延期電雷管。裝藥完成后對頂板進行預裂爆破，每次允許爆破孔數為1 個。

（4）待預裂爆破完成后，進行巷道分層爆破施工。分層爆破時先進行基部光面爆破施工，然后再對拱形部進行松動爆破施工。

3.3 支護設計

3.3.1 撞楔超前支護

（1）為了防止爆破施工時震動作用對頂板影響，在巷道預裂爆破后，分層爆破施工前，對巷道頂板輪廓位置施工一排撞楔超前支護。

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

（3）超前支護孔施工完成后，對每個鉆孔內安裝一根長度為3.0m、直徑為25mm 玻璃鋼樹脂錨桿，并對錨桿采用端頭錨固。

3.3.2 優化原支護設計

巷道爆破施工完成后，為了提高拱形巷道全斷面支護效果，決定對巷道頂板及幫部支護設計進行合理優化。

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

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

（3）優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

為了進一步提高巷道圍巖穩定性，在巷道開口往里10m 范圍內進行鋼棚砌碹支護。

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

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

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

圖2 53032 巷開口處聯合支護斷面示意圖

4 效果

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

（2）采用聚能爆破施工時，可使巷道圍巖按設計斷面提前進行預裂，保證了巷道爆破施工時巷道成型率，減少了巷道輪廓以外巖體裂隙發育。

（3）采用聯合支護措施后，大大提高了巷道圍巖穩定性，解決了巷道開口時傳統支護不足、支護強度低、支護失效嚴重等技術難題，保證了巷道安全快速掘進，防止巷道冒頂、片幫等現象。

（4）與53031 巷開口相比，巷道開口速率提高至5.3m/d，巷道成型率由原來的76%提高至94%，巷道掘進期間未發生頂板破碎、冒頂等現象。該施工工藝及支護技術得到一致認可，并進行推廣應用。