劉前進(jìn) 譚東升

（平頂山天安煤業(yè)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(kāi)采深度不斷加大，深部巷道工程越來(lái)越多，伴隨而來(lái)的是地質(zhì)環(huán)境變得更為復(fù)雜。由于采深增加引起上覆巖層的垂直地應(yīng)力和側(cè)向地應(yīng)力變大[1-3]，且深部巷道頂、底板及兩幫圍巖主要為砂質(zhì)泥巖，圍巖表現(xiàn)出松散、軟弱特性，其承載能力相對(duì)較低，導(dǎo)致巷道前方應(yīng)力集中區(qū)域明顯，掘進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)強(qiáng)度不等的沖擊地壓現(xiàn)象，支護(hù)難度增大。

為釋放巷道掘進(jìn)迎頭集中應(yīng)力，減少?gòu)?fù)雜應(yīng)力對(duì)巷道施工影響，在平煤股份十二礦下保護(hù)層31080回風(fēng)巷采用超前掩護(hù)松動(dòng)爆破技術(shù)，提前釋放巷道前方應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)安全高效快速掘進(jìn)的目的。

1 概況

平煤股份十二礦下保護(hù)層31080 回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面位于三水平西翼，與下保護(hù)層31060 進(jìn)風(fēng)巷間距8 m。31080 回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面地面為山地、丘陵，工作面標(biāo)高-707.4～ -747.8 m。巷道沿煤層掘進(jìn)，煤層平均厚度為0.25 m，煤層硬度系數(shù)平均值為0.4。直接底為L(zhǎng)2 灰?guī)r，平均厚度3.5 m，巖層硬度系數(shù)為4，抗壓強(qiáng)度22.1 MPa，抗拉強(qiáng)度0.8 MPa；直接頂為L(zhǎng)1 灰?guī)r，平均厚度2.8 m，巖層硬度系數(shù)為3～5，抗壓強(qiáng)度49 MPa，抗拉強(qiáng)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(wǎng)進(jìn)行支護(hù)，EBZ-260（H）型掘進(jìn)機(jī)施工。

2 超前掩護(hù)松動(dòng)爆破技術(shù)

所謂松動(dòng)爆破是指炸藥爆炸時(shí)，巖體被破碎松動(dòng)但不拋擲。它的裝藥量只有標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破的40%～50%。松動(dòng)爆破的爆堆比較集中，對(duì)爆區(qū)周圍未爆部分的破壞范圍較小[4-5]。松動(dòng)爆破后巖石只呈現(xiàn)破裂和松動(dòng)狀態(tài)，可以形成松動(dòng)爆破漏斗，該項(xiàng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各類工程爆破之中，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。在煤炭開(kāi)采中，松動(dòng)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(kāi)采中。

巖巷掘進(jìn)松動(dòng)爆破不同于一般助采松動(dòng)爆破技術(shù)，一般助采松動(dòng)爆破目的只在于煤（巖）體破裂和松動(dòng)狀態(tài)，不用進(jìn)一步考慮爆破后支護(hù)穩(wěn)定情況。巖巷掘進(jìn)工作面采用松動(dòng)爆破技術(shù)，不僅要考慮松動(dòng)爆破后圍巖應(yīng)力釋放，而且要保證爆破的精準(zhǔn)度，以及爆破后支護(hù)強(qiáng)度影響，確保巷道施工安全，因此對(duì)于巷道鉆孔參數(shù)以及爆破參數(shù)的確定要求較高。

3 超前掩護(hù)松動(dòng)爆破施工方案

為了能夠更好地發(fā)揮超前掩護(hù)松動(dòng)爆破的卸壓效果，通過(guò)控制鉆孔參數(shù)和乳化炸藥的安裝工藝保證巷道掘進(jìn)工作面既能提前釋放圍巖應(yīng)力，又能確保巷道圍巖的支護(hù)穩(wěn)定性，減少巷道成巷后由于礦壓影響造成巷道二次擴(kuò)修，降低巷道維護(hù)費(fèi)用。

首先，按照《煤與巖石物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定方法》規(guī)定在下保護(hù)層31080 回風(fēng)巷工作面巷道底板、頂板及幫部進(jìn)行采樣，采用搗碎法確定煤、巖物理力學(xué)參數(shù)，判定圍巖穩(wěn)定性，為爆破參數(shù)的選取、爆破鉆孔設(shè)備選型提供基礎(chǔ)資料。測(cè)量裝置主要包括搗碎筒、計(jì)量筒、分樣篩、天平、小錘幾個(gè)部分。該裝置利用搗碎法測(cè)定圍巖的堅(jiān)固性系數(shù)f 值，具有測(cè)量周期短、費(fèi)用低、實(shí)驗(yàn)室工作量小、成功率高等優(yōu)點(diǎn)。

利用中礦華泰YTJ20 型巖層探測(cè)記錄儀準(zhǔn)確推測(cè)巷道周圍巖層產(chǎn)狀、裂隙發(fā)育發(fā)展情況、工程圍巖變形發(fā)展及松動(dòng)范圍，確定巷道頂板巖層狀態(tài)。通過(guò)測(cè)算數(shù)據(jù)分析，確定巷道圍巖應(yīng)力集中分布情況，保證巷道松動(dòng)爆破終孔位置探測(cè)，且不影響巷道松爆后支護(hù)安全。

3.1 超前掩護(hù)松動(dòng)爆破鉆孔參數(shù)

通過(guò)采用以上方法對(duì)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(hù)層31080回風(fēng)巷松爆鉆孔設(shè)計(jì)在下保護(hù)層31060 進(jìn)風(fēng)巷施工，鉆孔孔徑89 mm（或94 mm）。鉆孔布置在下保護(hù)層31060 進(jìn)風(fēng)巷下幫巖石中，每循環(huán)鉆孔設(shè)計(jì)5 個(gè)，鉆孔間距7.5 m，其中第1 個(gè)鉆孔距掘進(jìn)迎頭10 m。鉆孔孔深15 m，鉆孔終孔控制下保護(hù)層31080 回風(fēng)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(shù)如圖1。

圖1 超前掩護(hù)松動(dòng)爆破鉆孔示意圖（m）

3.2 松動(dòng)爆破裝藥工藝

超前掩護(hù)松動(dòng)爆破采用煤礦許用三級(jí)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(shí)單孔裝藥量不大于30 卷，藥卷重量400 g 時(shí)單孔裝藥量不大于15 卷。裝藥時(shí)將藥卷分成2 組裝入直徑50 mm 的PVC 管（聚乙烯管），每組長(zhǎng)度3 m，共計(jì)裝藥長(zhǎng)度6 m。封孔材料使用沙子和黃泥，其中沙子封孔長(zhǎng)度9 m，黃泥封孔長(zhǎng)度3 m，總封孔長(zhǎng)度不小于12 m。封孔時(shí)先將沙子裝入直徑75 mm 的PVC 管（聚乙烯管）中送入爆破孔內(nèi)，然后使用黃泥封實(shí)，如圖2。連線方法按照鉆孔內(nèi)并聯(lián)連線，鉆孔外口串聯(lián)連線，起爆時(shí)一次裝藥、一次起爆。

圖2 單孔裝藥放大示意圖

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

通過(guò)將超前掩護(hù)松動(dòng)爆破技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜地質(zhì)條件下高應(yīng)力巖巷掘進(jìn)工作面，提前釋放圍巖應(yīng)力，降低圍巖彈性能，保證了巖巷掘進(jìn)施工期間的安全，實(shí)現(xiàn)了快速掘進(jìn)的目的。采用超前掩護(hù)松動(dòng)爆破技術(shù)取得的效果有以下幾點(diǎn)：

（1）提前釋放圍巖應(yīng)力，確保巷道的圍巖支護(hù)穩(wěn)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(hù)，降低了巷道維護(hù)費(fèi)用。

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

（3）通過(guò)松動(dòng)爆破技術(shù)措施，巷道應(yīng)力明顯得到釋放，巖巷炮掘巷道月進(jìn)尺量由原來(lái)的70 m增加到月進(jìn)尺110 m，巷道掘進(jìn)月進(jìn)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(jié)語(yǔ)

深部巷道由于地應(yīng)力增大表現(xiàn)出松散、軟弱特性，其承載能力大大降低，掘進(jìn)巷道前方應(yīng)力集中區(qū)域明顯。通過(guò)采用超前掩護(hù)松動(dòng)爆破技術(shù)在近鄰巷道施工鉆孔，超前掘進(jìn)迎頭40 m 進(jìn)行松動(dòng)爆破，提前釋放巷道前方圍巖應(yīng)力，避免了巷道成巷后二次支護(hù)，前探孔與松動(dòng)爆破鉆孔同時(shí)施工，減少了巷道掘進(jìn)期間鉆孔施工量，巷道月進(jìn)尺由70 m 增加到110 m，進(jìn)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。