炮掘巷道過斷層施工工藝優化及應用

武振華

（晉能控股煤業集團白洞礦業公司， 山西 大同 037031）

引言

巷道爆破掘進過斷層時，采用傳統全斷面爆破施工工藝不僅掘進效率低，爆破落矸體積大，不利于煤矸快速運輸，而且斷層侵入后圍巖整體穩定性差，采用全斷面爆破時受爆破震動影響，圍巖出現垮落、破碎現象，所以炮掘巷道過斷層時采取合理有效的施工工藝及支護技術，對巷道快速掘進具有重要意義。本文以白洞礦2114 系統巷掘進為例，對巷道過斷層期間施工工藝及支護技術進行合理優化，通過實際應用效果來看，優化后的施工工藝及支護技術，有效加快了巷道掘進效率，提高了斷層帶處圍巖穩定性，取得了顯著實際應用效果。

1 2114 系統巷概述

晉能控股煤業集團白洞礦業公司2114 系統巷位于井田301 盤區，巷道東部為井田邊界，西部為盤區的皮帶、材料、回風巷，南部為實煤區，北部為301 盤區東部的皮帶巷、軌道巷及回風巷。2114 系統巷設計長度為210 m、寬度為5.0 m、高度為3.5 m，巷道沿石炭系5 號煤層底板進行掘進，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，夾石斷斷續續，不穩定[1-3]。

2114 系統巷采用全斷面光面爆破施工，全斷面布置炮眼數量為50 個，其中掏槽眼6 個，輔助眼12個，周邊眼30 個，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 系統巷已掘進110 m，巷道掘進至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定性，導致巷道采用全斷面爆破施工時，圍巖受應力及爆破震動影響而破碎嚴重，以及巷道過斷層期間的平均掘進速度不足1.5 m/d。

2 分層爆破施工工藝

為了解決傳統全斷面一次性爆破施工時，應力區圍巖破壞力度大等技術難題，決定對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巷道下斷面施工光面爆破孔并進行光面爆破施工，下斷面爆破施工時對上斷面巖體產生裂隙擴張破壞，然后對上斷面施工松動爆破孔并進行爆破施工，從而減少上斷面爆破炮孔數量以及裝藥量，避免因一次性爆破時裝藥量大，導致圍巖破壞嚴重。

2）分層爆破施工時，上斷面規格為長×高=5.0 m×2.0 m，下斷面規格為長×高=5.0 m×3.0 m，采用手持式鉆機對下斷面進行爆破鉆孔施工，下斷面共計布置20 個爆破鉆孔，掏槽孔4 個，輔助孔6 個，周邊孔10個，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上端面進行松動爆破，上斷面共計施工兩排松動爆破孔，每排布置5 個，兩排爆破孔邁步式布置，松動爆破孔深度為1.2 m，鉆孔布置間距為1.0 m，布置排距為1.0 m，每個鉆孔內裝藥量為0.3 kg，每次爆破鉆孔數量不得超過5 個。

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

3 斷層區頂板支護措施

為了提高斷層區頂板整體穩定性，防止應力作用以及爆破震動影響，導致頂板垮落現象，決定對巷道頂板采取“組合錨索+JW 型鋼帶+π 型鋼棚”聯合支護技術。

3.1 組合錨索施工

1）2114 系統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布置，錨索直徑為21.8 mm，短錨索長度為8.3 m，長錨索長度為10.3 m，鋼托板長度及寬度均為0.5 m，托板上布置三個錨索支護鉆孔。

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頂板進行標定錨索鉆孔位置，位置標定完后，進行鉆孔施工，鉆孔施工完后依次注入兩短一長恒阻錨索，并采用錨固劑進行錨固。

3）帶三根錨索錨固完成后在錨索外露端安裝一塊鋼托板，并采用鎖具預緊，每根錨索預緊力不得低于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、支護截面積小且支護強度低，所以決定對應力區頂板采用JW 型鋼帶配合左旋無縱筋螺紋鋼錨桿支護。

1）2114 系統巷采用的JW 型鋼帶長度為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 個錨桿支護孔，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錨桿支護孔，孔深度為2.5 m，直徑為30 mm，支護孔施工完后對孔內安裝一根長度為2.5 m 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿采用端頭錨固方式，錨桿錨固后外露長度控制在10～50 mm范圍內。

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

3.3 π 型鋼棚支護

為了進一步提高斷層區圍巖穩定性，決定對斷層區架設密集“π”型工字鋼棚，具體支護方案如下。

1）2114 系統巷架設的“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；在進行鋼棚安裝前由地測科現場給定安裝控制線，并將鋼棚每一部分運輸到安裝地點，同時將安裝地點浮煤清理干凈。

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

4 結語

2114 系統巷過F2 斷層斷層時，采取分層松動爆破施工以及聯合支護技術后，通過實際應用效果來看，取得了以下顯著應用成效：

1）2114 系統巷在過斷層區時采取分層爆破施工時，全斷面共計布置30 個爆破孔，其中下斷面20 個，上斷面10 個，總裝藥量為21 kg，與傳統全斷面爆破施工工藝相比，減少了炮孔數量達20 個，減少裝藥量達30 kg，單茬爆破施工時間縮短了1.5 h，巷道掘進速度提高至3.2 m/d；同時采用分層爆破施工后，避免了傳統一次性爆破時裝藥量大，出現圍巖破碎的現象。

2）對斷層區采取聯合支護技術后，大大提高了圍巖整體穩定性，巷道在后期掘進過程中未出現頂板破碎、兩幫垮落現象，保證了巷道安全掘進。