煤矿软岩巷道掘进爆破振动特性研究池映光

煤矿软岩巷道掘进爆破振动特性研究池映光

池映光

神华宁夏煤业集团红石湾煤矿宁夏银川751400

摘要：受地质条件、施工条件以及施工工艺限制，大断面全岩巷道以及系统巷在掘进施工时无法采用机械化掘进施工工艺，普遍采用爆破施工方法，由于掘进巷道安装有大量机械设备如刮板输送机、带式输送机、隔爆开关、电缆、监控装置等，在爆破施工时很容易造成设备损坏，同时爆破施工时会产生高浓度有害气体及粉尘，对施工人员身体产生很大危害。文章对煤矿软岩巷道掘进爆破进行了研究分析，以供参考。

关键词：煤矿；软岩巷道；掘进

目前，国内外半煤岩巷道多采用掘进机掘进，半煤岩巷掘进可分为普通掘进机械化和综合掘进机械化两大类。为了实现巷道快速掘进，除了提高掘进的速度外，更重要的是选择合理的巷道布置形式和支护方案。巷道支护占用的时间大约是巷道掘进所需时间的两倍，如何提高支护效率成为了攻克巷道快速掘进的一大难题。

1支护设计

1.1巷道断面

巷道断面采用两种圆形断面：十二采下部回风下山和联络巷采用巷道直径为3.6m的圆形断面，净面积10.17m2，掘进断面积11.34m2。十二采下部轨道下山和十二采下部皮带下山采用巷道直径为4.2m的圆形断面，净面积13.85m2，掘进断面积15.20m2。

1.2支护方式

实践表明，在松软岩层掘进巷道，采用锚喷支护紧跟迎头一次成巷的施工方法取得了良好的效果。因为掘进后立即喷射混凝土，大大缩短了围岩的暴露时间，防止和减少了围岩风化、变形和位移。随后再安设锚杆、复喷混凝土。如果岩石非常破碎，掘后即冒落，则可采用打入超前锚杆的方法。但在深部破碎围岩巷道，压力集中区域的巷道，以及在强膨胀、大地压的软岩巷道中，采用单一支护结构一次成巷很难成功，为提高支护强度，采用锚索支护，增加了巷道支护的安全可靠性。在松软岩层中，巷道一经掘出，若不及时控制，则围岩变形发展很快，甚至围岩深处也有不同程度的位移，继而可能出现围岩破裂、流变以致垮落。对于这种特殊的不良地层，其支护结构应有“先柔后刚”的特性，一般需要进行二次支护。

1.2.1一次支护

松软岩层的地压属于变形地压，初始支护应按照围岩与支架共同作用的原理，选用刚度适宜、具有一定柔性的可缩性支架。它既允许围岩产生一定量的变形移动，以发挥围岩自承能力，同时又能限制围岩产生过大的变形移动。锚喷支护具有上述特性，因而是一种比较理想的初始支护结构。待巷道掘进断面形成后，立即使用喷射混凝土对围岩进行封闭，防止软弱围岩由于风化作用强度进一步降低，喷层厚度50mm。围岩封闭后铺设钢筋网，使用锚杆和锚索通过托板将钢筋网固定，同时对围岩进行加固。锚杆长度根据开巷后塑性区范围而定，在软岩巷道中，塑性区范围很大，一般为2～3m，有时为3～5m。此时采用长短结合锚杆较好，长锚杆大于1800mm，短锚杆在1000mm左右，长锚杆可以抑制塑性区的发展，而短锚杆可以积极加固松动圈的围岩，使其构成稳定的承载环。最后复喷混凝土50mm，使巷道表面平整，同时进一步起到柔性支护的作用。

1.2.2二次支护

二次支护的作用在于进一步提高巷道的稳定性和安全性，应采用刚度较大的支护结构。二次支护为永久支护，多采用强力刚性支护，以减轻或消除岩体位移。-250m水平开拓巷道的二次支护宜采用U型钢可缩性架，与一次支护配套形成锚网喷钢骨架联合支护。

1.2.3参数设计

支护参数是指锚杆或锚索的参数设计，这些参数包括直径、长度及间排距，它们的设定取决于围岩形状、地应力大小和方向、矿物成分和岩层赋存环境，其中围岩性质及地应力大小是首要因素，因为巷道与硐室是开挖在地下岩层中，其周围可看作是无限大的岩梁和岩墙。当它们力学性质较好且能承受支撑压力作用时，则巷道与硐室完全不用支护而处于稳定状态，但现实情况并非如此，因岩层结构十分复杂，其间存在大量的裂隙和节理，从而削弱了围岩的整体性和完整性，其力学性能会大打折扣。因此，按照现代支护理论，在围岩内部安装锚杆或锚索，使围岩整体性能得到增强，两者共同承担外部压力，而锚杆、锚索各自承担多大的外部压力，目前仍处在研究阶段，这给锚杆、锚索的支护参数的设定带来了一定的困难。所以，鉴于目前的研究水平，支护参数设计主要是根据理论计算、岩层结构分析、工程类比、数值模拟及《锚杆喷射混凝土支护技术规范》，五者中取最大值，并结合施工工艺及机械化水平进行适当调整，最后作为锚杆或锚索的参数设定。

2煤矿光面爆破应用实例

2.1煤矿概述

该煤矿某水平三西石门，掘进方位310°，全长为300m，石门3‰上坡实施掘进，净断面5.5㎡，裸体巷道。巷道穿越的岩层包括细粉砂岩、泥岩、砂岩，岩石硬度系数为=4-8。

2.2光面爆破

在该煤矿石门钻孔中，采用YT-24气腿式凿岩钻机，其孔径为φ40-42mm，周边眼、水沟眼、底眼直径均为φ42mm，辅助眼、掏槽眼直径为φ40mm。结合现场情况，选用φ35mm×200mm乳化炸药。在施工过程中，采用了平行直眼微倾角掏槽、楔形掏槽，并中间加空眼的形式，其中岩性比较硬时应用直眼微倾角掏槽，主要是将工作面与掏槽眼的水平夹角控制到75-84°，同排两槽眼眼口间距设置为0.6-1.0m，底眼间距设置为400-600mm，要控制掏槽眼比辅助眼深200mm，而中间空眼比掏槽眼深200mm。在岩性比较软时，应用楔形掏槽，这样就可以保证掘进的有序进行。本次施工中，结合石门围岩的性质，断面尺寸、形状，确定空眼、掏槽眼、辅助眼、周边眼、底眼、水沟眼的个数分别是1、6、7、13、5、1，一共33个炮眼。在进行跑眼布置时，空眼应处于巷道中间点偏下位置；掏槽眼的间距要控制在600-800mm；辅助眼的间距要控制在600mm；周边眼间距分别控制在400-500mm；底眼的间距控制在500-600mm。

在本工程中，实施光面爆破后，获得了良好的效果，主要表现在：（1）开挖断面规则，轮廓整齐，平均超挖量低于50mm，最大超挖量小于100mm；（2）掘进效率高，掘进速度为130m/M，显著优于类似巷道掘进的90m/M；（3）爆破后围岩稳定好，基本无剥落，爆破震动影响小；（4）爆破石碴块度均匀，且低于200mm，碴堆集中。

总结

综上所述，光面爆破技术具有对围岩破坏强度低，提升半煤岩巷道稳定性，确保施工安全，降低巷道维修强度等优势，并且通过光面爆破技术形成的巷道十分规整，能降低巷道通风阻力，确保了巷道的安全性，因此，在煤矿巷道掘进中，要结合具体的情况，合理的应用光面爆破技术，从而最大限度的提升煤矿企业的经济效益。

参考文献：

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[2]赵云飞.煤矿掘进中深孔光面爆破技术的应用探讨[J].科技风，2015（04）：80.

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