巷道掘进过程中过陷落柱施工技术的应用

李瑞亮

（山西晋城煤业集团长平公司， 山西 晋城 048400）

1 工程概况

山西长平煤业有限责任公司作为晋煤集团的主力生产矿井，批准开采3号煤层，批准生产能力为500万t/年。根据井下巷道和三维地震解释，井田范围共发育岩溶陷落柱246个，均为物探推断，其中79个陷落柱已揭露验证，167个陷落柱未验证。在巷道延伸地段和三维地震工作区范围均有不同程度分布，最大陷落柱是井田西部山头村DX70陷落柱，为地震揭露陷落柱，其长轴410 m，短轴140 m。众多的陷落柱在井田内形成大量无煤柱，并对陷落柱边缘煤层也造成一定程度的破坏，使煤层强度减低，容易破碎，有时煤层中渗入岩块、碎屑，影响了煤层质量。

晋煤集团长平公司53023巷为5302综采工作面的顺槽巷道，为5302综采工作面皮带巷，巷道设计长度1 832.8 m。按方位角180°00′00″向南掘进。巷道设计宽5.6 m，高4.2 m，巷道掘进断面面积23.52 m2。巷道布置在3号煤层中，沿煤层顶板掘进。3号煤层平均厚度约5.6 m，煤层倾角0°～12°，平均倾角4°。根据三维地震资料显示，53023巷掘进至700 m至740 m段将揭露SX82陷落柱，根据5302底抽2巷巷道内揭露的SX82陷落柱分析，即为地面物探的DX70陷落柱，该陷落柱长轴410m，短轴140m，在53023巷掘进方向上影响约70m左右。

2 巷道掘进施工技术方法

2.1 掘进方式的选择

考虑到EBZ150掘进机的截割强度要求，施工时若岩石硬度系数f≤6.5时，可以使用EBZ150掘进机直接截割施工，若岩石硬度系数f＞6.5时，采用放震动炮（在矸体上施工炮眼）配合机组截割进行施工。本方案岩石硬度系数f＞6.5，采用的爆破震动配合机组截割开挖方式[1-2]。

2.2 爆破参数的设计

2.2.1 钻孔器具及爆破材料

使用YT-7655型风钻、液压钻车打眼，钻头直径Φ42 mm，人工装药爆破。采用电容式发爆器（矿用防爆型）起爆，煤矿许用三级乳化炸药，同厂同期的2 ms延期电雷管。

2.2.2 炮眼个数及深度

根据钻探数据及陷落柱内岩性分布特征，陷落柱内岩性多为泥岩、粉砂岩及黏土物质充填，岩石结构性质较为破碎、松软，如大药量深孔爆破容易造成顶板垮落，将会给安全生产带来不利影响。因此，采用全断面小药量多孔震动爆破，有利于机组截割即可。巷道全断面放炮施工时，共布置79个炮眼，炮眼的横向间距0.5 m，纵向间距0.5 m。辅助眼及周边眼炮眼深度为1.0 m，每个炮眼最大装药量为2卷药；掏槽眼深度1.2 m，每个炮眼最大装药量为2.5卷药。

2.2.3 掏槽眼设计

爆破掏槽眼的目的主要是为后继起爆炮孔抵抗线范围内岩石的崩落提供自由空间，掏槽爆破效果将直接影响到辅助眼的爆破效果，进而影响到周边眼的爆破，是整个爆破效果的关键所在[3]。在过构造期间，为考虑生产安全，每次掘进不得大于1 m，且考虑到陷落柱内的岩性结构比较破碎，利于爆破，故设计掏槽眼深度为1.2 m，确保爆破后达到1 m的掘进进尺。

2.2.4 周边眼布置及爆破顺序

周边眼布置在巷道掘进区域的轮廓线上，为确保爆破后巷道断面达到设计要求，以防欠挖，故施工周边眼向外适当倾斜，眼底落在巷道轮廓线外约100mm，炮眼之间互相平行，孔距50 cm，网格型排列。采用串联的联线方式，所有炮眼均采用正向装药，水泡泥封孔，封泥长度不得小于炮眼深度的1/2，一次性全断面爆破。各类炮眼爆破参数见表1。

表1 各类炮眼爆破参数

2.3 爆破成效

根据以上设计爆破参数，爆破后配合机组铲矸、截割成型，单班循环进尺增加约1 m，通过该陷落柱时间比单独使用炮掘或使用机组截割提前约15 d，减少了人工出矸等体力劳动时间，提高了巷道掘进过构造期间机械设备的利用率，有效降低了劳动强度。

根据5302底抽2巷掘进过程中对该陷落柱的揭露情况分析，该陷落柱不沟通含水层，在巷道掘进过程中不受水害威胁。

3 过陷落柱支护方式

在过陷落期间，首先将巷道内掘进排距缩小为800 mm，将原设计中支护锚索加长，顶板采用双层金属网，配合SKP22×1/1720×8300 mm锚索进行施工，确保锚索能够锚固在稳定岩层中。由于该巷道为5302工作面的胶带机巷，为确保工作面回采中压力增大后巷道的安全性，对陷落柱区段架棚进行补强支护。棚腿采用12号矿用工字钢，长5.6 m；板梁采用矿用板梁，规格（长度）为1 400 mm，部分木楔；背板长1 400 mm；单体柱4.5 m；拉杆为Φ14 mm×880 mm。棚腿及棚梁之间用拉杆进行连锁，为确保放炮期间架棚段安全性，在靠近工作面的10架棚腿安装防倒装置，棚梁上部使用板梁填实接顶。架棚支护区段，棚距支护排距为0.8 m。

架棚支护过程中需要注意：棚梁（工字钢）抬进工作面，需及时用双股10号铁丝固定在顶金属网上，固定点不少于3处，保证稳定可靠。现场为方便施工，应提前按照施工排距将铁丝悬挂于顶板上，方便后期固定。使用背板、木楔或板梁将顶梁与顶板背紧背实，每架棚梁不少于3处。使用防倒绳按标准将单体柱连锁防倒，其中柱头一处固定在巷帮或顶板金属网上，靠手把处防倒绳应与邻近的单体柱连锁。顶梁使用双股10号铁丝固定在顶网上，前后两架棚梁之间使用拉杆连锁（不少于2处），形成整体。

4 结论

通过以上措施，在确保工程质量的前提下顺利通过了SX82陷落柱，并且提高了巷道掘进效率，降低了工人的劳动强度，确保了过构造期间的安全生产。应用效果表明：

1）在提前掌握清陷落柱赋存位置的情况下，根据其岩性特征，设计爆破参数及支护方式，能够保证巷道成型和围岩的稳定

2）采用加长锚索配合工字钢架棚补强支护，能够确保巷道的支护质量。

3）使用放震动炮的方式破矸，再使用掘进机截割出矸，能够有效降低人工出矸的劳动强度，有效发挥机械化设备的掘进效率。