炮掘巷道过断层施工工艺优化及应用

武振华

（晋能控股煤业集团白洞矿业公司， 山西 大同 037031）

引言

巷道爆破掘进过断层时，采用传统全断面爆破施工工艺不仅掘进效率低，爆破落矸体积大，不利于煤矸快速运输，而且断层侵入后围岩整体稳定性差，采用全断面爆破时受爆破震动影响，围岩出现垮落、破碎现象，所以炮掘巷道过断层时采取合理有效的施工工艺及支护技术，对巷道快速掘进具有重要意义。本文以白洞矿2114 系统巷掘进为例，对巷道过断层期间施工工艺及支护技术进行合理优化，通过实际应用效果来看，优化后的施工工艺及支护技术，有效加快了巷道掘进效率，提高了断层带处围岩稳定性，取得了显著实际应用效果。

1 2114 系统巷概述

晋能控股煤业集团白洞矿业公司2114 系统巷位于井田301 盘区，巷道东部为井田边界，西部为盘区的皮带、材料、回风巷，南部为实煤区，北部为301 盘区东部的皮带巷、轨道巷及回风巷。2114 系统巷设计长度为210 m、宽度为5.0 m、高度为3.5 m，巷道沿石炭系5 号煤层底板进行掘进，煤层平均厚度为9.05 m，平均倾角为8°，煤层普遍有3～8 层夹石，夹石厚一般为0.10～0.30 m，夹石断断续续，不稳定[1-3]。

2114 系统巷采用全断面光面爆破施工，全断面布置炮眼数量为50 个，其中掏槽眼6 个，辅助眼12个，周边眼30 个，掏槽眼深度为1.8 m，装药量为1.2 kg，周边眼和辅助眼深度为1.6 m，装药量为0.9 kg，采用正向装药方式，全断面一次性爆破施工。

截至目前2114 系统巷已掘进110 m，巷道掘进至108 m 处揭露一条正断层，断层的落差为1.8 m，倾角为52°，断层侵入后破坏了围岩稳定性，导致巷道采用全断面爆破施工时，围岩受应力及爆破震动影响而破碎严重，以及巷道过断层期间的平均掘进速度不足1.5 m/d。

2 分层爆破施工工艺

为了解决传统全断面一次性爆破施工时，应力区围岩破坏力度大等技术难题，决定对巷道采取分层爆破施工工艺。

1）采用分层爆破施工工艺指的是对巷道下断面施工光面爆破孔并进行光面爆破施工，下断面爆破施工时对上断面岩体产生裂隙扩张破坏，然后对上断面施工松动爆破孔并进行爆破施工，从而减少上断面爆破炮孔数量以及装药量，避免因一次性爆破时装药量大，导致围岩破坏严重。

2）分层爆破施工时，上断面规格为长×高=5.0 m×2.0 m，下断面规格为长×高=5.0 m×3.0 m，采用手持式钻机对下断面进行爆破钻孔施工，下断面共计布置20 个爆破钻孔，掏槽孔4 个，辅助孔6 个，周边孔10个，其中掏槽孔深度为1.6 m，装药量为0.9 kg，辅助孔以及周边孔深度为1.4 m，装药量为0.6 kg，装药完成后采用一次性爆破施工。

3）下断面光面爆破施工后对上端面进行松动爆破，上断面共计施工两排松动爆破孔，每排布置5 个，两排爆破孔迈步式布置，松动爆破孔深度为1.2 m，钻孔布置间距为1.0 m，布置排距为1.0 m，每个钻孔内装药量为0.3 kg，每次爆破钻孔数量不得超过5 个。

4）所有爆破钻孔采用炸药为矿用三级乳化炸药，雷管采用毫秒延期电雷管，雷管采用正向安装方式，相邻两个炮孔雷管脚线采用串联连接方式，每个钻孔采用水炮泥进行封孔处理，水炮泥封孔深度不得低于0.5 m。

3 断层区顶板支护措施

为了提高断层区顶板整体稳定性，防止应力作用以及爆破震动影响，导致顶板垮落现象，决定对巷道顶板采取“组合锚索+JW 型钢带+π 型钢棚”联合支护技术。

3.1 组合锚索施工

1）2114 系统巷施工的组合锚索主要由三根恒阻锚索和一块钢托板组成，组合锚索采用两短一长布置，锚索直径为21.8 mm，短锚索长度为8.3 m，长锚索长度为10.3 m，钢托板长度及宽度均为0.5 m，托板上布置三个锚索支护钻孔。

2）组合锚索采用“一二一”布置方式，相邻两排组合锚索布置排距为2.0 m、间距为3.0 m；组合锚索施工前先对顶板进行标定锚索钻孔位置，位置标定完后，进行钻孔施工，钻孔施工完后依次注入两短一长恒阻锚索，并采用锚固剂进行锚固。

3）带三根锚索锚固完成后在锚索外露端安装一块钢托板，并采用锁具预紧，每根锚索预紧力不得低于290 kN。

3.2 JW 型钢带施工

由于原顶板采用M 型钢带，该钢带宽度小、支护截面积小且支护强度低，所以决定对应力区顶板采用JW 型钢带配合左旋无纵筋螺纹钢锚杆支护。

1）2114 系统巷采用的JW 型钢带长度为4.8 m、宽度为0.28 m，钢带两端横截面成JW 型，钢带厚度为4 mm，钢带上均匀布置5 个锚杆支护孔，孔间距为1.0 m，钢带布置排距为1.0 m。

2）在巷道中部施工一个锚杆支护孔，孔深度为2.5 m，直径为30 mm，支护孔施工完后对孔内安装一根长度为2.5 m 左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆采用端头锚固方式，锚杆锚固后外露长度控制在10～50 mm范围内。

3）中间锚杆施工完后依次安装金属网和JW 型钢带，钢带与锚杆固定后摆正钢带，依次施工剩下四个锚杆支护钻孔，然后依次锚注锚杆并将钢带进行固定。

3.3 π 型钢棚支护

为了进一步提高断层区围岩稳定性，决定对断层区架设密集“π”型工字钢棚，具体支护方案如下。

1）2114 系统巷架设的“π”钢棚主要由π 型顶梁、棚腿、连接杆、底座以及卡缆等部分组成；在进行钢棚安装前由地测科现场给定安装控制线，并将钢棚每一部分运输到安装地点，同时将安装地点浮煤清理干净。

2）待所有准备工作完成后开始架设矩形工字钢棚，架设钢棚顺序如下：先安装同一架钢棚两个棚腿底座，棚腿底座采用地锚进行固定；棚腿底座安装后将棚腿与底座之间采用螺母进行固定，同时采用锚杆将棚腿与巷帮进行固定；棚腿安装后将顶梁与两个棚腿采用卡缆进行固定；相邻两架钢棚安装到位后，在棚腿之间采用连接杆进行固定；矩形钢棚安装距离为1.0 m[4-5]。

4 结语

2114 系统巷过F2 断层断层时，采取分层松动爆破施工以及联合支护技术后，通过实际应用效果来看，取得了以下显著应用成效：

1）2114 系统巷在过断层区时采取分层爆破施工时，全断面共计布置30 个爆破孔，其中下断面20 个，上断面10 个，总装药量为21 kg，与传统全断面爆破施工工艺相比，减少了炮孔数量达20 个，减少装药量达30 kg，单茬爆破施工时间缩短了1.5 h，巷道掘进速度提高至3.2 m/d；同时采用分层爆破施工后，避免了传统一次性爆破时装药量大，出现围岩破碎的现象。

2）对断层区采取联合支护技术后，大大提高了围岩整体稳定性，巷道在后期掘进过程中未出现顶板破碎、两帮垮落现象，保证了巷道安全掘进。