导硐分层爆破施工巷道快速掘进工艺技术研究

刘拯江

(晋能控股煤业集团马脊梁矿 技术科，山西 大同 037003)

马脊梁矿采用现有的掘进工艺，在巷道掘进过程中，由于不同地势构造以及地形地貌的影响，造成巷道掘进速度较慢，出现采掘接替紧张，因此需要优化掘进工艺，以改善采掘平衡，减少对采煤工艺的影响[1-5]，确保按巷道掘进方向掘进时，掘进巷道的安全性，这不仅关系到工人的生命安全，还关系到企业的生产效率，使企业获得更高的经济效益。

1 地质概况

马脊梁矿是一座拥有60 a开采历史的现代化矿井，生产能力为430万t/a，开采水平标高+836 m，其中3号305盘区8519工作面地面高差为35 m，煤层厚度为3.88～4.29 m，有1～3°的倾角，煤层结构比较简单，局部夹有1～2层夹矸，距离上覆7号煤层的层间距为77.67～79.82 m，8519工作面走向长度为1 294 m，整体构造呈宽缓向背斜构造，向斜轴为NW30°，倾向为SE。工作面上的断面为半圆拱形，断面的净宽度为5.4 m，净高度为4.3 m，净断面积为20.0 m2。

2 掘进工艺现状分析

目前8519工作面掘进采用的是一次性全断面爆破工艺，同时在爆破孔中填装延时雷管，延时时间为130 ms，采用正向装药串联方式进行连接[6-9]。使用EBZ-220型综掘机进行采掘，使用MYT-125E型锚杆钻机和ZQS-50型气动手持钻机，与综掘机相互配套进行支护作业，使用自带的转载机搭接伸缩胶带机进行运煤[10]。用现有的施工工艺进行施工，容易出现巷道成型效果差和巷道支护困难等问题，具体为：

1) 巷道成型效果差。巷道直接顶的煤层平均厚度为2.8 m，岩石特性主要是泥岩和粉砂岩互层，基岩不稳定，易开裂。现阶段采用一次性16 kg的装药量进行全断面爆破，爆破的威力严重破坏了顶板的稳定性，使围岩的裂隙带发育，在巷道掘进后，拱形顶板不易预留，从而造成巷道成型效果差。

2) 巷道支护困难。爆破施工作业后，首先清理巷道内的矸石，然后对巷道顶板和两帮进行永久支护。由于巷道断面有较高的高度，在矸石清理干净后，需要在原有的支护结构上搭设工作盘，大大增加了支护工序，延长了支护作业周期，使支护的施工难度增大。

3) 矸石输送效率低。全断面掘进0.8 m，巷道内产生17.8 m3的矸石量，在出矸时，采用耙岩机将矸石一次性排出，共耗时2.7 h，大大降低了矸石的输送效率。

3 施工工艺优化

3.1 掘进工艺优化

针对目前存在的问题，采用导硐分层爆破施工工艺，以提高矸石的输送效率，加快巷道的掘进速度，降低巷道的支护难度，具体为：

1) 巷道全断面掘进6 m后停止掘进，对巷道及时进行支护，同时将带式输送机的尾部延伸到工作面内。在输送机的尾部上方安装1个工作盘，用长度为5 m、直径为300 mm的原木进行搭设，搭设的工作盘长×宽×高=6 m×5 m×1.5 m，同时，在工作盘上留设1个溜煤口，溜煤口的长度为1 m，宽度为1 m。搭设好工作盘后，将隔爆型耙岩机安装在工作盘顶部。

2) 对工作面进行导硐分层爆破施工[11-13]。上分层断面是拱形，采用一次性导硐爆破施工方法，在上断面内共设计导硐爆破孔26个，包括4个掏槽孔、11个辅助孔、11个周边孔，其中掏槽孔的深度为1.2 m，爆破装药量为600 g；辅助孔和周边孔的深度为1.0 m，爆破装药量为300 g，整个上断面内装药量共计约9 kg，具体布置如图1所示。对拱形断面爆破施工后，及时将矸石清理干净，并对顶板进行永久支护。

图1 导硐分层爆破炮眼布置断面示意(mm)

3) 上分层导硐爆破施工30 m后停止掘进，在输送机的顶部安装1个耙岩机，采用松动爆破方法对下分层矩形断面进行起底施工。在下分层施工中，共设计2排松动爆破孔，每排设计炮孔5个，每个炮孔的深度为1.0 m，单个炮孔的装药量为300 g，一次爆破5个炮孔。对下分层施工爆破后，及时将矸石清理干净，并进行补打巷帮支护。

4) 下分层掘进30 m后，延伸带式输送机到工作面内，搭设同尺寸的工作盘，继续对上分层导硐进行施工，如此往复，直到巷道掘进完成为止。

3.2 断面支护工艺优化

对巷道断面支护工艺进行优化，具体为：

1) 在支护时，对拱形顶板采用5根全断面JW型钢带进行支护，其中顶板上3根弧形钢带，两帮各2根线型钢带，相邻的2根钢带通过恒阻锚索搭接在一起，锚索的长度为6.3 m，直径为21.6 mm，断层带联合支护的示意如图2所示。

2) 为了使顶板钻孔数量尽可能少、不稳定岩层的稳定性增强，在支护时，采用5根管式注浆锚杆进行支护[14]，其中拱形顶部使用3根，帮部使用2根，采用注浆锚杆锚固后，对顶板进行聚氨酯注浆施工。

3) 为了保证断层带附近顶板的稳定性，防止顶板下沉，在断层带前后5 m范围内，安装U29密集型工字钢棚，每架工字钢棚之间留有1 m的间距，两架相邻的钢棚通过3组拉杆实现联锁保护，钢棚和围岩之间留有0.2 m的距离，采用水泥背板进行填充使其形成砌碹密闭结构[15-17]。

图2 断层带联合支护断面示意

4 效果分析

在马脊梁矿8591工作面上用优化的快速掘进工艺进行工业性试验，在断面上设置巷道表面位移观测点，采用激光测距仪对顶板和两帮的实际位移量进行收集，得到巷道围岩变形曲线如图3所示。

图3 巷道围岩变形曲线

可以看出，在第8天时顶板的位移量为78 mm，此时位移量为最大，在第14 d时两帮的位移量为103 mm，此时位移量为最大。巷道掘进严格按照作业规程快速掘进，而且各类设备、综掘机落煤以及巷道支护的效果良好，能达到预先设定的掘进速度，满足支护设计要求。在试验期间，工作面每月掘进距离从220 m提高到335 m，加快了掘进工作效率，增加了经济效益。

5 结 语

针对马脊梁矿出现的采掘接替紧张问题，分析现有工艺造成的技术难题，提出采用导硐分层爆破施工工艺进行快速掘进，结果如下：

1) 采用现有的施工工艺进行施工，容易出现巷道成型效果差、巷道支护难度大以及矸石输送效率低。

2) 在8519工作面上进行工业性试验，结果表明：使用优化后的施工工艺，工作面每月掘进距离从220 m提高到335 m，加快了掘进工作效率，缩短了巷道支护时间，增加了经济效益。