复杂条件下巷道开口分层爆破综合支护工艺

张海峰

（潞安集团余吾煤业有限公司，山西 长治 046100）

1 概述

潞安集团余吾煤业有限公司N1206胶带顺槽南北走向布置，施工巷道东部为N1206工作面实煤区，南部为井田边界，西部为N1205胶带大巷，北部布置北风井西翼胶带大巷、西翼进风大巷、西翼2#回风大巷以及辅助运输巷，见图1。

N1206胶带顺槽设计长度为1455 m，巷道设计断面规格为宽×高=5.0 m×4.5 m，沿石炭系3#煤层底板掘进施工，煤层平均厚度为6.34 m，巷道掘进方向上，3#煤层倾角为-2°～+4°，平均倾角为1°。煤层直接顶为砂质泥岩，平均厚度2.5 m，深灰色，块状，含少量云母细片，性脆，夹透镜体细粒砂岩；基本顶为细粒砂岩，平均厚度3.4 m，深灰色，微薄层状，含少量云母，与粉砂岩成互层状，局部夹砂质泥岩；N1206胶带顺槽巷道掘进期间预留顶煤厚度为2.34 m。

N1206胶带顺槽从北风井西翼胶带大巷开口施工，巷道掘进30 m后及60 m后施工巷道分别过西翼进风大巷、西翼2#回风大巷底板，两巷层间距为8.2 m；为了保证施工巷道过巷段施工安全，降低施工巷道开挖应力以及上覆岩层巷道原岩应力影响，准备队通过技术研究，决定对N1206胶带顺槽开口30～60 m段采取分层爆破施工工艺，并在顶板原支护设计基础上，采取“撞楔超前支护+恒阻锚索桁架支护+双梁梯形棚”支护措施进行加强支护。

图1 N1206胶带顺槽巷道布置

2 分层爆破开口施工工艺

2.1 施工原理

分层爆破施工工艺指的是为了避免巷道全断面爆破时，爆破震动破坏了围岩稳定性，造成围岩承载梁断裂、破碎，而将巷道分上下两层按设计的炮眼布置、爆破方式、装药量等参数进行分次爆破。

2.2 施工工艺

（1）首先将N1206胶带顺槽断面分两层爆破，下断面规格为宽×高=5.0 m×3.0 m，采用光面爆破方式；上断面规格宽×高=5.0 m×1.5 m，采用松动爆破方式；爆破时采用矿用毫秒延期电雷管，延时为130 ms，炸药采用矿用三级乳化炸药，单支药卷装药量为300 g，长度为300 mm，采用正向装药方式。

（2）下断面共布置40个爆破炮孔，其中掏槽眼4个 （1#～4#），辅助眼12个 （5#～16#），周边眼24个（17#～40#）；其中掏槽眼深度为1.5 m，单孔装药量为600 g，辅助眼、周边眼深度为1.2 m，单孔装药量为300 g，见图2。

（3）上断面共布置一排松动爆破孔，每排布置5个，炮孔间距为1.0 m，深度为1.2 m，炮孔垂直煤壁布置，每个炮孔装药量为300 g。

图2 N1206胶带顺槽光面爆破炮眼布置图及说明表

（4）所有炮孔正向装药、串联连接方式且采用水炮泥进行封孔处理，封孔长度不得低于0.5 m，爆破时先对下断面炮孔进行一次性光面爆破，下断面爆破后及时清理煤矸，然后对上断面进行松动爆破，每次允许爆破炮孔数量为2个。

3 N1206胶带顺槽联合支护措施

为了提高巷道N1206胶带顺槽开口段顶板稳定性，保证巷道施工安全，决定对开口段采取“撞楔超前支护+恒阻锚索桁架支护+双梁梯形棚”联合措施进行加强支护。

3.1 撞楔超前支护

N1206胶带顺槽撞楔超前支护主要施工在巷道爆破施工前，对巷道顶板进行超前维护，防止巷道爆破后因顶板支护不及时，发生冒落事故。

（1）N1206胶带顺槽撞楔超前支护施工在巷道设计顶板位置，超前支护由10根长度为3.0 m，直径为30 mm中空钢管组成，超前支护与煤壁垂直布置。

（2）首先在巷道设计顶板位置采用手持式钻机进行超前支护钻孔施工，钻孔直径为35 mm，钻孔深度为3.0 m，钻孔间距为0.5 m，钻孔施工完后对钻孔依次安装快速型锚固剂及支护体，并采用钻机进行锚固，支护体锚固后外露长度控制0.3 m。

（3）撞楔超前支护施工完后巷道进行爆破施工，当巷道爆破掘进1.0 m后及时对顶板进行锚杆、锚索永久支护，永久支护与撞楔超前支护之间采用托板或钢带进行预紧。

3.2 恒阻锚索桁架支护

为了防止应力对巷道顶板产生破坏作用，导致顶板出现下沉、离层现象，决定对顶板施工恒阻锚索桁架支护。

（1）恒阻锚索桁架支护主要是对两根倾角锚索产生预紧拉力，使锚索在产生主动支护力作用下，还产生一个垂直向上的被动支护力，从而削弱顶板垂直向下的应力破坏作用。

（2）N1206胶带顺槽顶板施工的桁架支护主要由一个双向张拉器，两根长度为8.0 m，直径为21.6 mm恒阻锚索，以及两根长度为1.6 m，直径为22 mm螺纹钢锚杆组成，钢锚杆两端焊制扁平状，且焊制一个孔径为25 mm圆孔。

（3）由于N1206胶带顺槽在30～60 m段上部为西翼大巷，层间距为8.2 m，为了避免恒阻锚索施工期间出现穿层现象，决定在距巷帮1.0 m处施工锚索钻孔，钻孔深度为8.0 m，钻孔与顶板夹角为75°，钻孔终孔位置位于帮部岩体内，见图3。

（4）锚索钻孔施工完后，对钻孔内依次注入锚固剂及恒阻锚索，锚索外露长度控制在0.25 m，锚索安装后在其外露端安装螺纹钢锚杆，并采用张拉器进行预紧，桁架支护间距为1.5 m。

图3 N1206胶带顺槽开口段顶板联合加强支护断面

3.3 双梁梯形棚支护

为了提高永久支护效果，防止顶板破碎、下沉现象，同时为了避免传统钢棚对顶板产生切顶破坏作用，决定在巷道30～60 m段架设双梁梯形棚。

（1）双梁梯形棚主要由U29型钢棚腿、底座、双梯形梁等部分组成，棚腿共计4根，每一根棚腿长度为2.5 m；双梯形梁主梁长度为4.8 m，共计两根，间距为0.5 m，在2根主梁之间采用10#槽钢连接，共计10根，间距为0.5 m。

（2）首先安装棚腿底座，底座必须安装在坚硬底板上，并采用地锚进行固定，底座安装后依次安装棚腿，棚腿与棚腿之间采用插入式连接，搭接长度不得低于0.5 m，并采用抱箍固定。

（3）同一架钢棚两边棚腿安装后安装顶梁，棚腿顶端焊制一个11#凹槽，将顶梁直接插入凹槽内，并采用卡缆进行固定，若顶梁安装后不接顶，适当调整棚腿高度必须保证顶梁与顶板接触严实。

（4）双梁梯形棚架设间距为1.5 m，所有钢棚架设完成后为了保证钢棚稳定性，在相邻两件钢棚棚腿之间采用长度为1.5 m连接杆进行连接。

4 结语

潞安集团余吾煤业有限公司准备队通过技术研究，对N1206胶带顺槽开口过巷段提出了分层爆破施工工艺及“撞楔超前支护+恒阻锚索桁架支护+双梁梯形棚”联合加强支护措施，通过实际应用发现，取得显著成效。

1）分层爆破施工工艺，避免了传统一次型成巷时，出现顶板支护不及时，顶板应力集中显现现象，导致顶板垮落事故发生。

2）撞楔超前支护实现了对巷道应力区“未掘先支”的目的，保证了巷道掘进时顶板稳定性，解决了传统巷道掘进时因顶板支护不及时，出现顶板破碎、冒落现象。

3）桁架支护主要通过改变恒阻锚索角度以及对拉杆预紧实现对顶板支撑，即实现了主动支护又实现了被动支护，有效削弱了顶板垂直应力破坏作用，防止了顶板围岩松动圈范围扩大，保证了永久支护效果。

4）与传统工字钢棚相比，双梯形梁棚增加对顶板支护截面积，避免了传统钢棚在支护时，支护断面小、顶梁受力大变形严重以及对顶板出现切顶破坏等技术难题。

5） 截止2019年2月N1206胶带顺槽已开口掘进92 m，通过对30～60 m过巷段观察发现，采取分层爆破施工工艺及联合支护措施后，巷道在掘进期间未出现顶板严重破碎现象，在过巷期间顶板最大下沉量为0.13 m，且得到有效控制，巷道过巷5 d后顶板基本趋于稳定，未出现顶板永久支护失效现象。