巖巷超前掩護松動爆破掘進技術研究與應用

劉前進 譚東升

（平頂山天安煤業股份有限公司十二礦，河南 平頂山 467000）

隨著平煤股份十二礦開采深度不斷加大，深部巷道工程越來越多，伴隨而來的是地質環境變得更為復雜。由于采深增加引起上覆巖層的垂直地應力和側向地應力變大[1-3]，且深部巷道頂、底板及兩幫圍巖主要為砂質泥巖，圍巖表現出松散、軟弱特性，其承載能力相對較低，導致巷道前方應力集中區域明顯，掘進過程中出現強度不等的沖擊地壓現象，支護難度增大。

為釋放巷道掘進迎頭集中應力，減少復雜應力對巷道施工影響，在平煤股份十二礦下保護層31080回風巷采用超前掩護松動爆破技術，提前釋放巷道前方應力，從而實現安全高效快速掘進的目的。

1 概況

平煤股份十二礦下保護層31080 回風巷掘進工作面位于三水平西翼，與下保護層31060 進風巷間距8 m。31080 回風巷掘進工作面地面為山地、丘陵，工作面標高-707.4～ -747.8 m。巷道沿煤層掘進，煤層平均厚度為0.25 m，煤層硬度系數平均值為0.4。直接底為L2 灰巖，平均厚度3.5 m，巖層硬度系數為4，抗壓強度22.1 MPa，抗拉強度0.8 MPa；直接頂為L1 灰巖，平均厚度2.8 m，巖層硬度系數為3～5，抗壓強度49 MPa，抗拉強度3.5 MPa。巷道尺寸為凈寬×凈高= 4.6 m×3.4 m 拱形斷面，采用錨桿、錨索配合鋼網進行支護，EBZ-260（H）型掘進機施工。

2 超前掩護松動爆破技術

所謂松動爆破是指炸藥爆炸時，巖體被破碎松動但不拋擲。它的裝藥量只有標準拋擲爆破的40%～50%。松動爆破的爆堆比較集中，對爆區周圍未爆部分的破壞范圍較小[4-5]。松動爆破后巖石只呈現破裂和松動狀態，可以形成松動爆破漏斗，該項技術已廣泛應用于各類工程爆破之中，并取得了顯著的經濟效益。在煤炭開采中，松動爆破多起助采作用，屬于助采工藝，特別是在煤層中含有夾矸帶的開采中。

巖巷掘進松動爆破不同于一般助采松動爆破技術，一般助采松動爆破目的只在于煤（巖）體破裂和松動狀態，不用進一步考慮爆破后支護穩定情況。巖巷掘進工作面采用松動爆破技術，不僅要考慮松動爆破后圍巖應力釋放，而且要保證爆破的精準度，以及爆破后支護強度影響，確保巷道施工安全，因此對于巷道鉆孔參數以及爆破參數的確定要求較高。

3 超前掩護松動爆破施工方案

為了能夠更好地發揮超前掩護松動爆破的卸壓效果，通過控制鉆孔參數和乳化炸藥的安裝工藝保證巷道掘進工作面既能提前釋放圍巖應力，又能確保巷道圍巖的支護穩定性，減少巷道成巷后由于礦壓影響造成巷道二次擴修，降低巷道維護費用。

首先，按照《煤與巖石物理力學性質測定方法》規定在下保護層31080 回風巷工作面巷道底板、頂板及幫部進行采樣，采用搗碎法確定煤、巖物理力學參數，判定圍巖穩定性，為爆破參數的選取、爆破鉆孔設備選型提供基礎資料。測量裝置主要包括搗碎筒、計量筒、分樣篩、天平、小錘幾個部分。該裝置利用搗碎法測定圍巖的堅固性系數f 值，具有測量周期短、費用低、實驗室工作量小、成功率高等優點。

利用中礦華泰YTJ20 型巖層探測記錄儀準確推測巷道周圍巖層產狀、裂隙發育發展情況、工程圍巖變形發展及松動范圍，確定巷道頂板巖層狀態。通過測算數據分析，確定巷道圍巖應力集中分布情況，保證巷道松動爆破終孔位置探測，且不影響巷道松爆后支護安全。

3.1 超前掩護松動爆破鉆孔參數

通過采用以上方法對巷道周圍巖層的分析，確定了鉆孔的孔徑、間距以及孔深。下保護層31080回風巷松爆鉆孔設計在下保護層31060 進風巷施工，鉆孔孔徑89 mm（或94 mm）。鉆孔布置在下保護層31060 進風巷下幫巖石中，每循環鉆孔設計5 個，鉆孔間距7.5 m，其中第1 個鉆孔距掘進迎頭10 m。鉆孔孔深15 m，鉆孔終孔控制下保護層31080 回風巷下幫輪廓線外2 m 處位置。鉆孔水平角與巷道下幫垂直，傾角與煤層傾向方向角度一致。鉆孔布置具體參數如圖1。

圖1 超前掩護松動爆破鉆孔示意圖（m）

3.2 松動爆破裝藥工藝

超前掩護松動爆破采用煤礦許用三級及以上乳化安全炸藥爆破，煤礦許用毫秒延期電雷管起爆，藥卷重量200 g 時單孔裝藥量不大于30 卷，藥卷重量400 g 時單孔裝藥量不大于15 卷。裝藥時將藥卷分成2 組裝入直徑50 mm 的PVC 管（聚乙烯管），每組長度3 m，共計裝藥長度6 m。封孔材料使用沙子和黃泥，其中沙子封孔長度9 m，黃泥封孔長度3 m，總封孔長度不小于12 m。封孔時先將沙子裝入直徑75 mm 的PVC 管（聚乙烯管）中送入爆破孔內，然后使用黃泥封實，如圖2。連線方法按照鉆孔內并聯連線，鉆孔外口串聯連線，起爆時一次裝藥、一次起爆。

圖2 單孔裝藥放大示意圖

4 現場應用效果分析

通過將超前掩護松動爆破技術應用于復雜地質條件下高應力巖巷掘進工作面，提前釋放圍巖應力，降低圍巖彈性能，保證了巖巷掘進施工期間的安全，實現了快速掘進的目的。采用超前掩護松動爆破技術取得的效果有以下幾點：

（1）提前釋放圍巖應力，確保巷道的圍巖支護穩定，控制圍巖變形，減少巷道成巷后礦壓影響而造成的二次支護，降低了巷道維護費用。

（2）巷道掘進期間采用松動爆破措施，前探孔與松爆孔同時施工，提前探明巷道前方的地質構造情況，減少了巷道掘進期間鉆孔施工量，保證了掘進期間的施工安全性，提高了巷道掘進速度，降低了時間投入和人力投入，巷道掘進成巷速度大大提高，為進一步推行高產高效礦井起到積極作用。

（3）通過松動爆破技術措施，巷道應力明顯得到釋放，巖巷炮掘巷道月進尺量由原來的70 m增加到月進尺110 m，巷道掘進月進尺速度增加近57%，施工效率大大提高，有效緩解了礦井采掘接替緊張局面。

5 結語

深部巷道由于地應力增大表現出松散、軟弱特性，其承載能力大大降低，掘進巷道前方應力集中區域明顯。通過采用超前掩護松動爆破技術在近鄰巷道施工鉆孔，超前掘進迎頭40 m 進行松動爆破，提前釋放巷道前方圍巖應力，避免了巷道成巷后二次支護，前探孔與松動爆破鉆孔同時施工，減少了巷道掘進期間鉆孔施工量，巷道月進尺由70 m 增加到110 m，進尺速度增加近57%，施工效率大大提高，有效緩解了礦井采掘接替緊張局面。