大斷面全巖拱形巷道快速掘進(jìn)工藝優(yōu)化

劉殿龍

（山西宏宇誠(chéng)鑄建設(shè)工程有限公司，山西 朔州 038300）

1 概述

大同煤礦集團(tuán)馬道頭煤業(yè)公司輔運(yùn)延伸巷位于井田北盤(pán)區(qū)，北部為北一、北三盤(pán)區(qū)，東、西部為北二、北四盤(pán)區(qū)，大巷右鄰皮帶大巷，左鄰北二盤(pán)區(qū)工作面。輔運(yùn)延伸巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為188m，巷道為拱形斷面，規(guī)格為寬×高=5.6×4.3m。施工巷道為全巖巷道，巖體主要以粉砂巖為主，巖體巖石普氏系數(shù)f=5.0。巷道無(wú)偽頂，直接頂主要為黑色泥巖與粉砂巖互層，平均厚度為3.4m，巖體平均單軸抗壓強(qiáng)度為21MPa；基本頂主要以灰白色中粗砂巖為主，平均厚度為6.2m，平均抗壓強(qiáng)度為30.2MPa。

2 原施工工藝及問(wèn)題分析

2.1 前期巷道施工工藝

（1）輔運(yùn)延伸巷前期采用全斷面一次性爆破施工工藝，全斷面共計(jì)布置46個(gè)爆破孔，其中掏槽孔6個(gè)，輔助孔16個(gè)，周邊孔24個(gè)。掏槽孔深度為1.2m，單孔裝藥量為600g,其他炮孔深度為1.0m，單孔裝藥量為300g，全斷面炮孔共計(jì)裝藥量為16.2kg。

（2）掏槽孔填裝1#毫秒延期電雷管，輔助眼填裝3#毫秒延期電雷管，周邊眼填裝5#毫秒延期電雷管，延期時(shí)間為130ms。所有炮孔采用正向裝藥串聯(lián)連接方式。

（3）工作面爆破后在延伸巷內(nèi)安裝一部SSJ-800型帶式輸送機(jī)并搭配礦用隔爆型P-60B型耙?guī)r機(jī)聯(lián)合出煤。出煤完成后及時(shí)對(duì)巷道頂板及幫部施工錨桿、錨索、鋼帶等永久支護(hù)。

2.2 問(wèn)題分析

（1）巷道成型效果差。輔運(yùn)延伸巷直接頂主要以泥巖、粉砂巖互層為主，平均厚度為2.8m，混合巖體穩(wěn)定性差，易破碎，單軸抗壓強(qiáng)度為19MPa，抗剪強(qiáng)度為5.42 MPa。而前期巷道采用一次性全斷面光面爆破時(shí)，裝藥量達(dá)16kg，巨大的爆破震動(dòng)破壞了頂板穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，使巷道圍巖裂隙發(fā)育，巷道掘進(jìn)后拱形頂板難以預(yù)留，巷道成型差。

（2）支護(hù)難度大。巷道爆破施工后需先清理巷道內(nèi)矸石，清理完后方可對(duì)頂板及幫部施工永久支護(hù)。而巷道斷面高度為4.3m，矸石清理后需搭設(shè)工作盤(pán)進(jìn)行支護(hù)施工，不僅增加支護(hù)施工工序，延長(zhǎng)了支護(hù)施工周期，而且加大了支護(hù)施工難度。

（3）矸石運(yùn)輸效率低。輔運(yùn)延伸巷全斷面爆破后進(jìn)度為0.8m，產(chǎn)生的矸石量達(dá)17.8m3，采用耙?guī)r機(jī)一次性出矸需用時(shí)2.7h，不僅降低了矸石運(yùn)輸效率，而且降低了巷道掘進(jìn)速度。

3 施工工藝優(yōu)化

3.1 掘進(jìn)工藝優(yōu)化

為了縮短矸石清理時(shí)間，提高巷道掘進(jìn)速度，降低巷道支護(hù)難度，決定采用導(dǎo)硐分層爆破施工工藝。

（1）巷道全斷面掘進(jìn)6.0m后停止掘進(jìn)，及時(shí)將巷道支護(hù)施工到位，并將SSJ-800輸送機(jī)機(jī)尾延伸至工作面。

（2）輸送機(jī)延伸到位后，在輸送機(jī)機(jī)尾上方搭設(shè)工作盤(pán)。工作盤(pán)采用長(zhǎng)度為5.0m、直徑為300mm原木搭設(shè)，工作盤(pán)搭設(shè)規(guī)格為長(zhǎng)×寬×高=6.0×5.0×1.5m，在工作盤(pán)上預(yù)留規(guī)格為長(zhǎng)×寬=1.0×1.0m溜煤口。安裝工作盤(pán)后，在其上方安裝一臺(tái)隔爆型P-60B型耙?guī)r機(jī)。

（3）工作盤(pán)搭設(shè)完成，對(duì)工作面采取導(dǎo)硐分層爆破施工工藝。上分層為拱形斷面一次性爆破施工，預(yù)留下分層矩形斷面。拱形斷面共計(jì)布置26個(gè)爆破孔，其中掏槽孔4個(gè)，輔助孔11個(gè)，周邊孔11個(gè)。掏槽孔深度為1.2m，裝藥量為600g，輔助孔、周邊孔深度為1.0m，裝藥量為300g，共計(jì)裝藥量為9.0kg，如圖1所示。拱形斷面導(dǎo)硐爆破施工完成后及時(shí)清理矸石，并對(duì)拱形頂部施工永久支護(hù)。

（4）當(dāng)上分層導(dǎo)硐施工30m后停止掘進(jìn)，將耙?guī)r機(jī)安裝在輸送機(jī)上方，并對(duì)下分層采取松動(dòng)爆破法起底施工。下分層共計(jì)布置兩排松動(dòng)爆破孔，每排布置5個(gè)，炮孔深度為1.0m，單孔裝藥量為300g，每次爆破炮孔數(shù)量為5個(gè)。下分層爆破后及時(shí)清理矸石，并補(bǔ)打巷幫支護(hù)。

（5）下分層掘進(jìn)30m后及時(shí)延伸帶式輸送機(jī)并搭設(shè)工作盤(pán)，繼續(xù)對(duì)上分層導(dǎo)硐施工，依次類(lèi)推直至巷道掘進(jìn)完成。

圖1 導(dǎo)硐分層爆破炮眼布置斷面示意圖

3.2 過(guò)斷層支護(hù)工藝優(yōu)化

（1）JW型鋼帶連橋支護(hù)。將原支護(hù)設(shè)計(jì)中拱形頂板施工W型鋼帶替換為全斷面“JW”型鋼帶，共計(jì)5根，其中頂板弧形鋼帶3根（3眼），兩幫線型鋼帶2根（2眼）。相鄰2根鋼帶搭接布置，并在搭接處施工一根長(zhǎng)度為6.3m、直徑為21.6mm恒阻錨索。如圖2所示。

（2）管式注漿支護(hù)。為了提高頂板不穩(wěn)定巖層膠結(jié)穩(wěn)定性，減少頂板鉆孔施工數(shù)量，對(duì)原頂板單錨桿支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化，采用管式注漿錨桿。其中拱形頂部施工3根管式注漿錨桿，幫部施工2根，注漿錨桿錨固后及時(shí)采用聚氨酯對(duì)頂板進(jìn)行注漿施工。

（3）U29型工字鋼棚。為保證斷層帶附近巷幫煤柱對(duì)頂板支撐作用力，防止頂板下沉現(xiàn)象，在DF3斷層前后5m范圍內(nèi)架設(shè)密集U29型鋼棚。鋼棚架設(shè)間距為1.0m，相鄰兩架鋼棚之間采用3組拉桿聯(lián)鎖保護(hù)，鋼棚架設(shè)后在鋼棚與圍巖之間預(yù)留0.2m間隙，并采用水泥背板填充，形成砌碹密閉結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語(yǔ)

圖2 DF3斷層帶附近聯(lián)合支護(hù)斷面示意圖

（1）導(dǎo)硐分層爆破施工工藝減少了斷面一次爆破裝藥量，防止強(qiáng)烈的爆破震動(dòng)對(duì)巷道圍巖產(chǎn)生影響，提高了巷道成型率。優(yōu)化后的施工工藝，提高了工作面矸石運(yùn)輸效率，煤矸清理時(shí)間可縮短1.2h，降低了頂板支護(hù)難度，使巷道掘進(jìn)速度提高至4.1m/d。

（2）在過(guò)DF3逆斷層期間對(duì)頂板采取“JW型鋼帶連橋支護(hù)+管式錨注支護(hù)+U29型工字鋼棚”聯(lián)合支護(hù)后，提高了頂板穩(wěn)定性及承載能力，防止了頂板破碎、冒落現(xiàn)象。通過(guò)后期觀察發(fā)現(xiàn)，在聯(lián)合支護(hù)施工后5d范圍內(nèi)，受頂板殘余應(yīng)力及塑性變形影響，頂板最大下沉量為0.11m，在5～18d范圍內(nèi)下沉量逐漸降低，在18d后頂板趨于穩(wěn)定，頂板未發(fā)生冒落、破碎現(xiàn)象。