復雜條件下大斷面巷道快速施工工藝研究

王曉棟

（汾西礦業集團南關煤業有限公司，山西 靈石 031300）

0 引言

復雜條件下大斷面巷道開口無法采用掘進機掘進，目前我國多數煤礦大斷面巷道開口主要采用爆破施工工藝，但是對于在皮帶巷、下分層、漏煤眼下方等特殊地段巷道開口施工時，由于受施工條件限制，采用爆破施工時不僅施工效率低、煤矸運輸速度慢，而且安全系數低，不利于巷道安全快速掘進，所以對于復雜條件下大斷面巷道采取合理有效的快速開口施工工藝，對巷道安全快速掘進具有重要意義[1-2]。本文以南關煤礦1209 運輸順槽巷為研究對象，對巷道開口期間提出了分層爆破施工工藝。

1 1209 運輸巷概述

汾西礦業集團南關煤業有限公司1209 運輸巷東為已回采結束的1211 工作面，西為尚未開掘的1207工作面，北至井田邊界，南臨一采區回風上山[3]。

1209 運輸巷設計長度為1 070 m，巷道從一采區運輸巷開口施工，巷道規格為矩形斷面，為便于安裝帶式輸送機機頭，巷道開口往里45 m 范圍內的巷道斷面規格為寬×高=5.2 m×5.0 m，30 m 后巷道斷面變更為寬×高=4.5 m×3.5 m。巷道掘進煤田屬霍西煤田，開采煤層為2 號煤層，煤厚2.10～2.40 m，均厚2.30 m，煤層起伏不大，煤層傾角1°～15°，平均8°左右，屬緩傾斜煤層。工業儲量為34.85 萬t，可采儲量30.14 萬t[4-5]。煤層頂底板巖性如表1 所示。

表1 1209 運輸巷掘進的2 號煤層頂底板巖性表

2 巷道原掘進施工工藝及問題分析

2.1 原施工工藝

1209 運輸順槽開口階段采用全斷面爆破施工工藝，巷道系統巷掘進到位后采用機械化掘進工藝。

爆破掘進長度為45 m，初步設計巷道從一采區皮帶巷開口施工[6]，巷道采用全斷面施工工藝，全斷面共計布置58 個爆破鉆孔，其中掏槽孔共計8 個，深度為1.8 m，單孔裝藥量為1.2 kg，輔助孔20 個，周邊孔30 個，孔深為1.6 m，單孔裝藥量為0.9 kg。

采用礦用三級乳化炸藥，每個鉆孔內填裝1 支毫秒延期電雷管，其中掏槽孔填裝1 號雷管、輔助孔填裝3 號雷管、周邊孔填裝5 號雷管，延期時間為130 ms，雷管腳線采用串聯連接方式。

全斷面爆破施工后，在巷口前5.0 m 范圍內采用人工清煤，5.0 m 后安裝1 部防爆耙巖機與1 臺采區膠帶輸送機搭接聯合出煤。

2.2 開口段頂板支護設計

1209 運輸順槽開口段頂板主要采用錨桿、錨索、W 型鋼帶、金屬網聯合支護：

1）頂板每排布置6 根錨桿，錨桿長度為2.5 m，直徑為22 mm，錨桿布置間距1.0 m，排距1.0 m，錨桿垂直頂板布置，每根錨桿采用2 支錨固劑進行錨固，預緊力為300 N·m。

2）頂板每排布置3 根錨索，錨索長度為6.3 m，直徑為21.8 mm，錨索布置間距為2.5 m，排距為3.0 m，錨索獨立布置，每根錨索外露端長度及寬度均為0.3 m。

3）頂板施工的W 型鋼帶長度為5.0 m，寬度為0.25 m，鋼帶與頂板錨桿配套使用，鋼帶橫向最大抗載荷強度為355 MPa，縱向最大抗載強度為447 MPa。

2.3 原施工工藝主要存在問題

1）巷道掘進效率低：巷道開口時由于受一采區膠帶輸送機影響，巷道開口時效率低，進度不足1.5 m/d，而且輸送機與巷道開口處間距不足1.0 m，巷道施工時安全系數低。

2）煤矸運輸效率低：巷道開口前5.0 m 范圍內的煤礦主要由人工清理，勞動作業強度大，而且巷道在全斷面掘進時落下煤矸量大，采用隔爆型耙巖機清理效率低，煤矸運輸時間長。

3）支護難度大：由于1209 運輸巷開口段巷道斷面大，巷道全斷面爆破施工后，巷道需搭設工作盤進行頂板支護，支護工序復雜，施工難度大，在一些破碎區域，一旦支護不能及時跟進，很容易出現頂板垮落事故，威脅著巷道施工安全。

3 巷道快速施工工藝

為了保證巷道安全快速掘進及施工安全，決定對巷道采用分層爆破施工工藝。

3.1 巷道施工前準備工作

1）安裝風機：在巷道開口前的巷道上風流25 m處安裝2 臺功率為30 kW 的局部通風機，采用直徑為0.8 m 柔性風筒。

2）工作盤搭設：為便于后期安全出煤，在一采區皮帶巷搭設工作盤，工作盤搭設高度為1.8 m，工作盤采用長度為3.0 m、直徑為300 mm 的原木搭接而成；工作盤搭設寬度為5.0 m，長度為6.0 m，工作盤中部預留1 個漏煤眼。

3）挑頂施工：為了保證一采區膠帶大巷頂板與1209 運輸巷頂板齊平，需提前對膠帶大巷頂板采取松動爆破挑頂施工工藝，挑頂高度為1.7 m，寬度為5.2 m，長度為5.0 m，挑頂后的煤矸從工作盤漏煤眼直接下放到膠帶輸送機上。

4）耙巖機硐室施工：在巷道開口對面巷幫施工1 個絞車硐室，硐室規格為寬×深×高=2.0 m×2.5 m×2.0 m，絞車硐室采用爆破施工工藝，硐室底板與工作盤齊平。

5）安裝耙巖機：絞車硐室施工完后，將耙巖機安裝在硐室內，耙巖機采用4 根地錨進行固定。

3.2 分層爆破施工工藝

準備工作完成后，開始對1209 運輸順槽開口段采取分層爆破施工工藝，首先在上斷面布置光面爆破炮孔，上斷面規格為寬×高=5.2 m×3.2 m，共計布置40 個爆破孔，其中掏槽孔6 個，深度為2.0 m，裝藥量為1.2 kg；輔助孔14 個，周邊孔20 個，孔深為1.8 m，裝藥量為0.9 kg，每隔1 個孔內填裝1 支毫秒延期電雷管。

完成光面爆破孔裝藥后，進行爆破施工，采用耙巖機將爆破后落下的煤矸及時進行清理，煤矸從工作面中部漏煤眼下放至一采區膠帶輸送機上。煤矸清理后及時對頂板進行永久支護。

上斷面掘進至30 m 后開始按15°下山掘進，當下山掘進10 m 后揭露1209 運輸順槽設計頂板位置時近水平掘進，此時巷道斷面規格變更為寬度4.5 m、高度3.5 m，如圖1 所示。

圖1 1209 運輸順槽分層爆破施工剖面示意圖

巷道斷面變更后，從30 m 處向巷道開口方向反掘，反掘時采用松動爆破施工工藝，每排布置5 個松動爆破孔，孔深為1.0 m，鉆孔布置間距為1.2 m，鉆孔與頂板成75°夾角布置。

松動爆破施工完后,對每個炮孔內填裝1 支礦用乳化炸藥以及1 支毫秒延期電雷管，每次允許爆破炮孔數量為3 個，爆破后及時采用耙巖機進行清煤。

3.3 施工工藝優點

1）提高了施工安全系數。施工工藝優化后,通過搭設工作盤進行打眼、爆破、煤矸清理等施工工序，施工安全系數高；避免了采用傳統工藝在皮帶巷直接開口時，受采取輸送帶影響而出現傷人事故。

2）加快了巷道掘進速度。對巷道采取分層施工工藝，上斷面采用光面爆破施工，斷面小，巷道爆破后煤矸量相對少，大大縮短了煤矸運輸時長；同時采用分層施工工藝后，可降低頂板支護難度，巷道掘進后能夠及時對頂板進行支護，避免了傳統施工時因斷面大、支護不及時導致的頂板破碎、垮落現象。

3）減少了設備損壞率。巷道傳統開口施工工藝開口段裝藥量大，爆破時受震動以及飛濺煤矸影響，造成輸送帶損壞嚴重；而采取分層爆破施工工藝后，利用工作盤阻擋矸石，減少設備損壞率。

4 結語

1209 運輸順槽于2021 年4 月5 日開始施工，截至4 月17 日1209 運輸順槽已掘進42 m，對運輸順槽開口段采取分層爆破施工工藝后，巷道開口段平均掘進速度提高至4.5 m/d，巷道掘進期間未出現設備損壞等事故，大大提高了大斷面巷道開口施工效率及安全系數，取得了顯著應用成效。