复杂条件下大断面巷道快速施工工艺研究

王晓栋

（汾西矿业集团南关煤业有限公司，山西 灵石 031300）

0 引言

复杂条件下大断面巷道开口无法采用掘进机掘进，目前我国多数煤矿大断面巷道开口主要采用爆破施工工艺，但是对于在皮带巷、下分层、漏煤眼下方等特殊地段巷道开口施工时，由于受施工条件限制，采用爆破施工时不仅施工效率低、煤矸运输速度慢，而且安全系数低，不利于巷道安全快速掘进，所以对于复杂条件下大断面巷道采取合理有效的快速开口施工工艺，对巷道安全快速掘进具有重要意义[1-2]。本文以南关煤矿1209 运输顺槽巷为研究对象，对巷道开口期间提出了分层爆破施工工艺。

1 1209 运输巷概述

汾西矿业集团南关煤业有限公司1209 运输巷东为已回采结束的1211 工作面，西为尚未开掘的1207工作面，北至井田边界，南临一采区回风上山[3]。

1209 运输巷设计长度为1 070 m，巷道从一采区运输巷开口施工，巷道规格为矩形断面，为便于安装带式输送机机头，巷道开口往里45 m 范围内的巷道断面规格为宽×高=5.2 m×5.0 m，30 m 后巷道断面变更为宽×高=4.5 m×3.5 m。巷道掘进煤田属霍西煤田，开采煤层为2 号煤层，煤厚2.10～2.40 m，均厚2.30 m，煤层起伏不大，煤层倾角1°～15°，平均8°左右，属缓倾斜煤层。工业储量为34.85 万t，可采储量30.14 万t[4-5]。煤层顶底板岩性如表1 所示。

表1 1209 运输巷掘进的2 号煤层顶底板岩性表

2 巷道原掘进施工工艺及问题分析

2.1 原施工工艺

1209 运输顺槽开口阶段采用全断面爆破施工工艺，巷道系统巷掘进到位后采用机械化掘进工艺。

爆破掘进长度为45 m，初步设计巷道从一采区皮带巷开口施工[6]，巷道采用全断面施工工艺，全断面共计布置58 个爆破钻孔，其中掏槽孔共计8 个，深度为1.8 m，单孔装药量为1.2 kg，辅助孔20 个，周边孔30 个，孔深为1.6 m，单孔装药量为0.9 kg。

采用矿用三级乳化炸药，每个钻孔内填装1 支毫秒延期电雷管，其中掏槽孔填装1 号雷管、辅助孔填装3 号雷管、周边孔填装5 号雷管，延期时间为130 ms，雷管脚线采用串联连接方式。

全断面爆破施工后，在巷口前5.0 m 范围内采用人工清煤，5.0 m 后安装1 部防爆耙岩机与1 台采区胶带输送机搭接联合出煤。

2.2 开口段顶板支护设计

1209 运输顺槽开口段顶板主要采用锚杆、锚索、W 型钢带、金属网联合支护：

1）顶板每排布置6 根锚杆，锚杆长度为2.5 m，直径为22 mm，锚杆布置间距1.0 m，排距1.0 m，锚杆垂直顶板布置，每根锚杆采用2 支锚固剂进行锚固，预紧力为300 N·m。

2）顶板每排布置3 根锚索，锚索长度为6.3 m，直径为21.8 mm，锚索布置间距为2.5 m，排距为3.0 m，锚索独立布置，每根锚索外露端长度及宽度均为0.3 m。

3）顶板施工的W 型钢带长度为5.0 m，宽度为0.25 m，钢带与顶板锚杆配套使用，钢带横向最大抗载荷强度为355 MPa，纵向最大抗载强度为447 MPa。

2.3 原施工工艺主要存在问题

1）巷道掘进效率低：巷道开口时由于受一采区胶带输送机影响，巷道开口时效率低，进度不足1.5 m/d，而且输送机与巷道开口处间距不足1.0 m，巷道施工时安全系数低。

2）煤矸运输效率低：巷道开口前5.0 m 范围内的煤矿主要由人工清理，劳动作业强度大，而且巷道在全断面掘进时落下煤矸量大，采用隔爆型耙岩机清理效率低，煤矸运输时间长。

3）支护难度大：由于1209 运输巷开口段巷道断面大，巷道全断面爆破施工后，巷道需搭设工作盘进行顶板支护，支护工序复杂，施工难度大，在一些破碎区域，一旦支护不能及时跟进，很容易出现顶板垮落事故，威胁着巷道施工安全。

3 巷道快速施工工艺

为了保证巷道安全快速掘进及施工安全，决定对巷道采用分层爆破施工工艺。

3.1 巷道施工前准备工作

1）安装风机：在巷道开口前的巷道上风流25 m处安装2 台功率为30 kW 的局部通风机，采用直径为0.8 m 柔性风筒。

2）工作盘搭设：为便于后期安全出煤，在一采区皮带巷搭设工作盘，工作盘搭设高度为1.8 m，工作盘采用长度为3.0 m、直径为300 mm 的原木搭接而成；工作盘搭设宽度为5.0 m，长度为6.0 m，工作盘中部预留1 个漏煤眼。

3）挑顶施工：为了保证一采区胶带大巷顶板与1209 运输巷顶板齐平，需提前对胶带大巷顶板采取松动爆破挑顶施工工艺，挑顶高度为1.7 m，宽度为5.2 m，长度为5.0 m，挑顶后的煤矸从工作盘漏煤眼直接下放到胶带输送机上。

4）耙岩机硐室施工：在巷道开口对面巷帮施工1 个绞车硐室，硐室规格为宽×深×高=2.0 m×2.5 m×2.0 m，绞车硐室采用爆破施工工艺，硐室底板与工作盘齐平。

5）安装耙岩机：绞车硐室施工完后，将耙岩机安装在硐室内，耙岩机采用4 根地锚进行固定。

3.2 分层爆破施工工艺

准备工作完成后，开始对1209 运输顺槽开口段采取分层爆破施工工艺，首先在上断面布置光面爆破炮孔，上断面规格为宽×高=5.2 m×3.2 m，共计布置40 个爆破孔，其中掏槽孔6 个，深度为2.0 m，装药量为1.2 kg；辅助孔14 个，周边孔20 个，孔深为1.8 m，装药量为0.9 kg，每隔1 个孔内填装1 支毫秒延期电雷管。

完成光面爆破孔装药后，进行爆破施工，采用耙岩机将爆破后落下的煤矸及时进行清理，煤矸从工作面中部漏煤眼下放至一采区胶带输送机上。煤矸清理后及时对顶板进行永久支护。

上断面掘进至30 m 后开始按15°下山掘进，当下山掘进10 m 后揭露1209 运输顺槽设计顶板位置时近水平掘进，此时巷道断面规格变更为宽度4.5 m、高度3.5 m，如图1 所示。

图1 1209 运输顺槽分层爆破施工剖面示意图

巷道断面变更后，从30 m 处向巷道开口方向反掘，反掘时采用松动爆破施工工艺，每排布置5 个松动爆破孔，孔深为1.0 m，钻孔布置间距为1.2 m，钻孔与顶板成75°夹角布置。

松动爆破施工完后,对每个炮孔内填装1 支矿用乳化炸药以及1 支毫秒延期电雷管，每次允许爆破炮孔数量为3 个，爆破后及时采用耙岩机进行清煤。

3.3 施工工艺优点

1）提高了施工安全系数。施工工艺优化后,通过搭设工作盘进行打眼、爆破、煤矸清理等施工工序，施工安全系数高；避免了采用传统工艺在皮带巷直接开口时，受采取输送带影响而出现伤人事故。

2）加快了巷道掘进速度。对巷道采取分层施工工艺，上断面采用光面爆破施工，断面小，巷道爆破后煤矸量相对少，大大缩短了煤矸运输时长；同时采用分层施工工艺后，可降低顶板支护难度，巷道掘进后能够及时对顶板进行支护，避免了传统施工时因断面大、支护不及时导致的顶板破碎、垮落现象。

3）减少了设备损坏率。巷道传统开口施工工艺开口段装药量大，爆破时受震动以及飞溅煤矸影响，造成输送带损坏严重；而采取分层爆破施工工艺后，利用工作盘阻挡矸石，减少设备损坏率。

4 结语

1209 运输顺槽于2021 年4 月5 日开始施工，截至4 月17 日1209 运输顺槽已掘进42 m，对运输顺槽开口段采取分层爆破施工工艺后，巷道开口段平均掘进速度提高至4.5 m/d，巷道掘进期间未出现设备损坏等事故，大大提高了大断面巷道开口施工效率及安全系数，取得了显著应用成效。