岩巷超前掩护松动爆破掘进技术研究与应用

刘前进 谭东升

（平顶山天安煤业股份有限公司十二矿，河南 平顶山 467000）

随着平煤股份十二矿开采深度不断加大，深部巷道工程越来越多，伴随而来的是地质环境变得更为复杂。由于采深增加引起上覆岩层的垂直地应力和侧向地应力变大[1-3]，且深部巷道顶、底板及两帮围岩主要为砂质泥岩，围岩表现出松散、软弱特性，其承载能力相对较低，导致巷道前方应力集中区域明显，掘进过程中出现强度不等的冲击地压现象，支护难度增大。

为释放巷道掘进迎头集中应力，减少复杂应力对巷道施工影响，在平煤股份十二矿下保护层31080回风巷采用超前掩护松动爆破技术，提前释放巷道前方应力，从而实现安全高效快速掘进的目的。

1 概况

平煤股份十二矿下保护层31080 回风巷掘进工作面位于三水平西翼，与下保护层31060 进风巷间距8 m。31080 回风巷掘进工作面地面为山地、丘陵，工作面标高-707.4～ -747.8 m。巷道沿煤层掘进，煤层平均厚度为0.25 m，煤层硬度系数平均值为0.4。直接底为L2 灰岩，平均厚度3.5 m，岩层硬度系数为4，抗压强度22.1 MPa，抗拉强度0.8 MPa；直接顶为L1 灰岩，平均厚度2.8 m，岩层硬度系数为3～5，抗压强度49 MPa，抗拉强度3.5 MPa。巷道尺寸为净宽×净高= 4.6 m×3.4 m 拱形断面，采用锚杆、锚索配合钢网进行支护，EBZ-260（H）型掘进机施工。

2 超前掩护松动爆破技术

所谓松动爆破是指炸药爆炸时，岩体被破碎松动但不抛掷。它的装药量只有标准抛掷爆破的40%～50%。松动爆破的爆堆比较集中，对爆区周围未爆部分的破坏范围较小[4-5]。松动爆破后岩石只呈现破裂和松动状态，可以形成松动爆破漏斗，该项技术已广泛应用于各类工程爆破之中，并取得了显著的经济效益。在煤炭开采中，松动爆破多起助采作用，属于助采工艺，特别是在煤层中含有夹矸带的开采中。

岩巷掘进松动爆破不同于一般助采松动爆破技术，一般助采松动爆破目的只在于煤（岩）体破裂和松动状态，不用进一步考虑爆破后支护稳定情况。岩巷掘进工作面采用松动爆破技术，不仅要考虑松动爆破后围岩应力释放，而且要保证爆破的精准度，以及爆破后支护强度影响，确保巷道施工安全，因此对于巷道钻孔参数以及爆破参数的确定要求较高。

3 超前掩护松动爆破施工方案

为了能够更好地发挥超前掩护松动爆破的卸压效果，通过控制钻孔参数和乳化炸药的安装工艺保证巷道掘进工作面既能提前释放围岩应力，又能确保巷道围岩的支护稳定性，减少巷道成巷后由于矿压影响造成巷道二次扩修，降低巷道维护费用。

首先，按照《煤与岩石物理力学性质测定方法》规定在下保护层31080 回风巷工作面巷道底板、顶板及帮部进行采样，采用捣碎法确定煤、岩物理力学参数，判定围岩稳定性，为爆破参数的选取、爆破钻孔设备选型提供基础资料。测量装置主要包括捣碎筒、计量筒、分样筛、天平、小锤几个部分。该装置利用捣碎法测定围岩的坚固性系数f 值，具有测量周期短、费用低、实验室工作量小、成功率高等优点。

利用中矿华泰YTJ20 型岩层探测记录仪准确推测巷道周围岩层产状、裂隙发育发展情况、工程围岩变形发展及松动范围，确定巷道顶板岩层状态。通过测算数据分析，确定巷道围岩应力集中分布情况，保证巷道松动爆破终孔位置探测，且不影响巷道松爆后支护安全。

3.1 超前掩护松动爆破钻孔参数

通过采用以上方法对巷道周围岩层的分析，确定了钻孔的孔径、间距以及孔深。下保护层31080回风巷松爆钻孔设计在下保护层31060 进风巷施工，钻孔孔径89 mm（或94 mm）。钻孔布置在下保护层31060 进风巷下帮岩石中，每循环钻孔设计5 个，钻孔间距7.5 m，其中第1 个钻孔距掘进迎头10 m。钻孔孔深15 m，钻孔终孔控制下保护层31080 回风巷下帮轮廓线外2 m 处位置。钻孔水平角与巷道下帮垂直，倾角与煤层倾向方向角度一致。钻孔布置具体参数如图1。

图1 超前掩护松动爆破钻孔示意图（m）

3.2 松动爆破装药工艺

超前掩护松动爆破采用煤矿许用三级及以上乳化安全炸药爆破，煤矿许用毫秒延期电雷管起爆，药卷重量200 g 时单孔装药量不大于30 卷，药卷重量400 g 时单孔装药量不大于15 卷。装药时将药卷分成2 组装入直径50 mm 的PVC 管（聚乙烯管），每组长度3 m，共计装药长度6 m。封孔材料使用沙子和黄泥，其中沙子封孔长度9 m，黄泥封孔长度3 m，总封孔长度不小于12 m。封孔时先将沙子装入直径75 mm 的PVC 管（聚乙烯管）中送入爆破孔内，然后使用黄泥封实，如图2。连线方法按照钻孔内并联连线，钻孔外口串联连线，起爆时一次装药、一次起爆。

图2 单孔装药放大示意图

4 现场应用效果分析

通过将超前掩护松动爆破技术应用于复杂地质条件下高应力岩巷掘进工作面，提前释放围岩应力，降低围岩弹性能，保证了岩巷掘进施工期间的安全，实现了快速掘进的目的。采用超前掩护松动爆破技术取得的效果有以下几点：

（1）提前释放围岩应力，确保巷道的围岩支护稳定，控制围岩变形，减少巷道成巷后矿压影响而造成的二次支护，降低了巷道维护费用。

（2）巷道掘进期间采用松动爆破措施，前探孔与松爆孔同时施工，提前探明巷道前方的地质构造情况，减少了巷道掘进期间钻孔施工量，保证了掘进期间的施工安全性，提高了巷道掘进速度，降低了时间投入和人力投入，巷道掘进成巷速度大大提高，为进一步推行高产高效矿井起到积极作用。

（3）通过松动爆破技术措施，巷道应力明显得到释放，岩巷炮掘巷道月进尺量由原来的70 m增加到月进尺110 m，巷道掘进月进尺速度增加近57%，施工效率大大提高，有效缓解了矿井采掘接替紧张局面。

5 结语

深部巷道由于地应力增大表现出松散、软弱特性，其承载能力大大降低，掘进巷道前方应力集中区域明显。通过采用超前掩护松动爆破技术在近邻巷道施工钻孔，超前掘进迎头40 m 进行松动爆破，提前释放巷道前方围岩应力，避免了巷道成巷后二次支护，前探孔与松动爆破钻孔同时施工，减少了巷道掘进期间钻孔施工量，巷道月进尺由70 m 增加到110 m，进尺速度增加近57%，施工效率大大提高，有效缓解了矿井采掘接替紧张局面。