復雜條件下巷道開口分層爆破綜合支護工藝

張海峰

（潞安集團余吾煤業有限公司，山西 長治 046100）

1 概述

潞安集團余吾煤業有限公司N1206膠帶順槽南北走向布置，施工巷道東部為N1206工作面實煤區，南部為井田邊界，西部為N1205膠帶大巷，北部布置北風井西翼膠帶大巷、西翼進風大巷、西翼2#回風大巷以及輔助運輸巷，見圖1。

N1206膠帶順槽設計長度為1455 m，巷道設計斷面規格為寬×高=5.0 m×4.5 m，沿石炭系3#煤層底板掘進施工，煤層平均厚度為6.34 m，巷道掘進方向上，3#煤層傾角為-2°～+4°，平均傾角為1°。煤層直接頂為砂質泥巖，平均厚度2.5 m，深灰色，塊狀，含少量云母細片，性脆，夾透鏡體細粒砂巖；基本頂為細粒砂巖，平均厚度3.4 m，深灰色，微薄層狀，含少量云母，與粉砂巖成互層狀，局部夾砂質泥巖；N1206膠帶順槽巷道掘進期間預留頂煤厚度為2.34 m。

N1206膠帶順槽從北風井西翼膠帶大巷開口施工，巷道掘進30 m后及60 m后施工巷道分別過西翼進風大巷、西翼2#回風大巷底板，兩巷層間距為8.2 m；為了保證施工巷道過巷段施工安全，降低施工巷道開挖應力以及上覆巖層巷道原巖應力影響，準備隊通過技術研究，決定對N1206膠帶順槽開口30～60 m段采取分層爆破施工工藝，并在頂板原支護設計基礎上，采取“撞楔超前支護+恒阻錨索桁架支護+雙梁梯形棚”支護措施進行加強支護。

圖1 N1206膠帶順槽巷道布置

2 分層爆破開口施工工藝

2.1 施工原理

分層爆破施工工藝指的是為了避免巷道全斷面爆破時，爆破震動破壞了圍巖穩定性，造成圍巖承載梁斷裂、破碎，而將巷道分上下兩層按設計的炮眼布置、爆破方式、裝藥量等參數進行分次爆破。

2.2 施工工藝

（1）首先將N1206膠帶順槽斷面分兩層爆破，下斷面規格為寬×高=5.0 m×3.0 m，采用光面爆破方式；上斷面規格寬×高=5.0 m×1.5 m，采用松動爆破方式；爆破時采用礦用毫秒延期電雷管，延時為130 ms，炸藥采用礦用三級乳化炸藥，單支藥卷裝藥量為300 g，長度為300 mm，采用正向裝藥方式。

（2）下斷面共布置40個爆破炮孔，其中掏槽眼4個 （1#～4#），輔助眼12個 （5#～16#），周邊眼24個（17#～40#）；其中掏槽眼深度為1.5 m，單孔裝藥量為600 g，輔助眼、周邊眼深度為1.2 m，單孔裝藥量為300 g，見圖2。

（3）上斷面共布置一排松動爆破孔，每排布置5個，炮孔間距為1.0 m，深度為1.2 m，炮孔垂直煤壁布置，每個炮孔裝藥量為300 g。

圖2 N1206膠帶順槽光面爆破炮眼布置圖及說明表

（4）所有炮孔正向裝藥、串聯連接方式且采用水炮泥進行封孔處理，封孔長度不得低于0.5 m，爆破時先對下斷面炮孔進行一次性光面爆破，下斷面爆破后及時清理煤矸，然后對上斷面進行松動爆破，每次允許爆破炮孔數量為2個。

3 N1206膠帶順槽聯合支護措施

為了提高巷道N1206膠帶順槽開口段頂板穩定性，保證巷道施工安全，決定對開口段采取“撞楔超前支護+恒阻錨索桁架支護+雙梁梯形棚”聯合措施進行加強支護。

3.1 撞楔超前支護

N1206膠帶順槽撞楔超前支護主要施工在巷道爆破施工前，對巷道頂板進行超前維護，防止巷道爆破后因頂板支護不及時，發生冒落事故。

（1）N1206膠帶順槽撞楔超前支護施工在巷道設計頂板位置，超前支護由10根長度為3.0 m，直徑為30 mm中空鋼管組成，超前支護與煤壁垂直布置。

（2）首先在巷道設計頂板位置采用手持式鉆機進行超前支護鉆孔施工，鉆孔直徑為35 mm，鉆孔深度為3.0 m，鉆孔間距為0.5 m，鉆孔施工完后對鉆孔依次安裝快速型錨固劑及支護體，并采用鉆機進行錨固，支護體錨固后外露長度控制0.3 m。

（3）撞楔超前支護施工完后巷道進行爆破施工，當巷道爆破掘進1.0 m后及時對頂板進行錨桿、錨索永久支護，永久支護與撞楔超前支護之間采用托板或鋼帶進行預緊。

3.2 恒阻錨索桁架支護

為了防止應力對巷道頂板產生破壞作用，導致頂板出現下沉、離層現象，決定對頂板施工恒阻錨索桁架支護。

（1）恒阻錨索桁架支護主要是對兩根傾角錨索產生預緊拉力，使錨索在產生主動支護力作用下，還產生一個垂直向上的被動支護力，從而削弱頂板垂直向下的應力破壞作用。

（2）N1206膠帶順槽頂板施工的桁架支護主要由一個雙向張拉器，兩根長度為8.0 m，直徑為21.6 mm恒阻錨索，以及兩根長度為1.6 m，直徑為22 mm螺紋鋼錨桿組成，鋼錨桿兩端焊制扁平狀，且焊制一個孔徑為25 mm圓孔。

（3）由于N1206膠帶順槽在30～60 m段上部為西翼大巷，層間距為8.2 m，為了避免恒阻錨索施工期間出現穿層現象，決定在距巷幫1.0 m處施工錨索鉆孔，鉆孔深度為8.0 m，鉆孔與頂板夾角為75°，鉆孔終孔位置位于幫部巖體內，見圖3。

（4）錨索鉆孔施工完后，對鉆孔內依次注入錨固劑及恒阻錨索，錨索外露長度控制在0.25 m，錨索安裝后在其外露端安裝螺紋鋼錨桿，并采用張拉器進行預緊，桁架支護間距為1.5 m。

圖3 N1206膠帶順槽開口段頂板聯合加強支護斷面

3.3 雙梁梯形棚支護

為了提高永久支護效果，防止頂板破碎、下沉現象，同時為了避免傳統鋼棚對頂板產生切頂破壞作用，決定在巷道30～60 m段架設雙梁梯形棚。

（1）雙梁梯形棚主要由U29型鋼棚腿、底座、雙梯形梁等部分組成，棚腿共計4根，每一根棚腿長度為2.5 m；雙梯形梁主梁長度為4.8 m，共計兩根，間距為0.5 m，在2根主梁之間采用10#槽鋼連接，共計10根，間距為0.5 m。

（2）首先安裝棚腿底座，底座必須安裝在堅硬底板上，并采用地錨進行固定，底座安裝后依次安裝棚腿，棚腿與棚腿之間采用插入式連接，搭接長度不得低于0.5 m，并采用抱箍固定。

（3）同一架鋼棚兩邊棚腿安裝后安裝頂梁，棚腿頂端焊制一個11#凹槽，將頂梁直接插入凹槽內，并采用卡纜進行固定，若頂梁安裝后不接頂，適當調整棚腿高度必須保證頂梁與頂板接觸嚴實。

（4）雙梁梯形棚架設間距為1.5 m，所有鋼棚架設完成后為了保證鋼棚穩定性，在相鄰兩件鋼棚棚腿之間采用長度為1.5 m連接桿進行連接。

4 結語

潞安集團余吾煤業有限公司準備隊通過技術研究，對N1206膠帶順槽開口過巷段提出了分層爆破施工工藝及“撞楔超前支護+恒阻錨索桁架支護+雙梁梯形棚”聯合加強支護措施，通過實際應用發現，取得顯著成效。

1）分層爆破施工工藝，避免了傳統一次型成巷時，出現頂板支護不及時，頂板應力集中顯現現象，導致頂板垮落事故發生。

2）撞楔超前支護實現了對巷道應力區“未掘先支”的目的，保證了巷道掘進時頂板穩定性，解決了傳統巷道掘進時因頂板支護不及時，出現頂板破碎、冒落現象。

3）桁架支護主要通過改變恒阻錨索角度以及對拉桿預緊實現對頂板支撐，即實現了主動支護又實現了被動支護，有效削弱了頂板垂直應力破壞作用，防止了頂板圍巖松動圈范圍擴大，保證了永久支護效果。

4）與傳統工字鋼棚相比，雙梯形梁棚增加對頂板支護截面積，避免了傳統鋼棚在支護時，支護斷面小、頂梁受力大變形嚴重以及對頂板出現切頂破壞等技術難題。

5） 截止2019年2月N1206膠帶順槽已開口掘進92 m，通過對30～60 m過巷段觀察發現，采取分層爆破施工工藝及聯合支護措施后，巷道在掘進期間未出現頂板嚴重破碎現象，在過巷期間頂板最大下沉量為0.13 m，且得到有效控制，巷道過巷5 d后頂板基本趨于穩定，未出現頂板永久支護失效現象。