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复杂条件下煤矿近距离破岩施工技术的应用优势

2020-06-10 177 上传者：管理员

摘要：为了实现煤矿井下空间狭小、设备密集区域掘进施工，探讨一种“台阶导硐”施工方案，该方案对待掘巷道采用由外向里局部钻进，由里向外全断面扩刷掘进方式。巷道施工期间利用Z1Z-200型台式工程钻机钻孔创造自由面，然后引进静态破碎剂围绕中心自由面逐层剥落，最后采用爆破配合柔性保护掘进。“台阶导硐”施工，导硐以外预留煤岩体同时发挥“保护帘”作用，有效的隔断爆破飞石; Z1Z-200型台式工程钻机的应用解决了现有风动工具无法在含有铁器墙体中钻孔的难题，为静态破碎剂的使用创造了条件;静态破碎剂的引进使用实现了“静态爆破”，彻底解决了爆破飞石及冲击波对附近设备、设施影响，“柔性保护”对爆破飞石有一定的缓冲作用，保护效果较刚性保护效果要好。

关键词：
台阶导硐
复杂条件
煤矿开采
近距离破岩
静态爆破
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随着经济的快速发展，煤矿机械化水平逐渐提高，煤矿井下施工配套设备不断升级和完善，原设计巷道无法满足升级设备安装及使用要求，必然要求改建在用巷道。对在用巷道进行破岩施工，通常受施工地点空间狭小、设备安装密集等复杂因素限制，施工效率低且对矿井正常生产影响较大。笔者以某矿井条件非常复杂的机头硐室施工为例，针对复杂的现场条件，研究制定了一套近距离破岩施工方案。

1、工程概况

某矿运输巷机头段施工新增驱动硐室，新增驱动硐室设计直墙半圆拱形，净宽×净高×净深=6 m×4.1 m×5.9 m，掘进岩石层位为中砂岩(普氏系数为8～10)。

1) 开门原巷道支护强度高:硐室开门口处巷道支护形式为锚网、钢筋梯混凝土砌碹支护(C35)，混凝土碹层厚500～700 mm，砌碹层内配置大量网状钢筋，纵筋采用16 mm钢筋，间距200 mm，横筋采用12 mm钢筋，间距300 mm。

2) 设备、管线复杂:开门口距离巷中带式输送机仅2.2 m，在距离巷道底板约3.5 m位置布设有51 mm供水胶管1道、截面积70 mm2电缆4路及通信、信号电缆若干;新增驱动硐室向西5 m处配电硐室内布置多台带式输送机控制开关及配套电缆;新增驱动硐室向西5 m处北侧及向东5 m处两帮均安设有带式输送机驱动部，驱动部上方横跨过路电缆，槽内有供电、信号电缆若干。

3) 巷道施工地点关键:新增驱动硐室开门于该矿主要运输巷机头位置，矿井各采区产煤必须经该巷道运输系统升井，新增驱动硐室施工不得影响运输系统正常运行。

2、近距离破岩施工方案

新增驱动硐室钢筋混凝土砌碹层利用钻机创造自由面后，采用静态破碎剂破岩，硐室推进一定距离后，利用控制爆破与“柔性”保护相结合方式施工。2.1“台阶导硐”施工方案为保护附近设备避免受爆破破坏，自碹体层向里采用台阶式导硐施工方式(图1)，先施工巷道下部，然后同步抬升顶、底板，顶板抬升至设计高度、底板抬升留底800 mm。沿巷道顶板掘进至设计深度后，反向挑顶，最后将留底部分采用松动爆破方式剔除。

图1 台阶导硐施工顺序

2.2 利用Z1Z-200型台式工程钻机创造自由面

为后续静态破碎剂发挥药效提供充足的自由面，在钢筋混凝土砌碹层内创造自由面首先需克服纵横配筋阻碍，井下使用风动钻机无法在含钢筋的碹体内钻进，利用Z1Z-200型台式工程钻机创造钻孔自由面(图2)。该钻机配合108 mm金刚石薄壁钻头、22 mm加长杆能够连续钻进108 mm钻孔，且能够截断碹体内钢筋，为静态破碎剂膨胀提供了足够的自由面，利用钻机平行底板垂直钢筋混凝土碹体施工1排钻孔，钻孔直径108 mm，钻孔相通形成1排自由面。

2.3 引进使用静态破碎剂

由于钢筋混凝土砌碹层强度非常高，普通爆破无法对其造成破坏，而高药剂量爆破对附近设备很容易造成破坏，经研究引用静态破碎剂膨胀破岩方式。静态破碎剂是一种新型破碎材料，呈粉末状，根据使用要求在水中充分浸泡后呈泥状或浆状，装入钻孔中对作用物静态膨胀压裂。静态破碎剂根据不同的温度条件分为夏型、春秋型和冬型3种型号。实测施工地点温度在27±2℃，故选用静态破碎剂B型(夏季)，使用温度为25～35℃，卷装包装，每包0.2 kg。

图2 Z1Z-200型台式工程钻机现场施工

2.4 爆破期间全断面“柔性保护”

新增驱动硐室开门口东西各2 m范围内施工拉设钢丝绳的锚杆，每次爆破前拉设钢丝绳后铺设铺板及废旧输送带封闭硐室口以阻拦爆破岩体，对带式输送机进行隔离保护(图3)。具体保护方法:距离巷道底板3.5 m位置施工1排锚杆(20 mm×2 200 mm)，间距1 m，施工范围为开门口及东西各2 m范围内;然后在距离新增驱动硐室东西两帮2 m位置各施工1列锚杆(20 mm×2 200 mm)，最底端锚杆距离巷道底板0.5 m，相邻锚杆间距1 m;距离巷道底板3.5 m锚杆东西向拉设一道15.5 mm钢丝绳并密排悬挂废旧输送带，然后紧贴带式输送机外侧平行巷道顶底板拉设3道15.5 mm钢丝绳，钢丝绳两头固定在两侧锚杆上并拉紧，最后用铁丝将带式输送机固定在钢丝绳上。每2根锚杆间的钢丝绳需独立固定，防止钢丝绳一处断裂，造成保护整体失效。

图3 爆破期间柔性保护示意

3、结论

1) “台阶导硐”施工，比全断面一次起爆减小了装药量，降低了爆破震动影响;导硐以外预留煤岩体同时发挥“保护帘”作用，有效地隔断爆破飞石。

2) Z1Z-200型台式工程钻机的引进使用解决了矿现有风动工具无法在含有铁器墙体中钻孔的难题，为静态破碎剂的使用创造了条件。

3) 静态破碎剂引进使用实现了“静态爆破”，彻底解决了爆破飞石及冲击波对附近设备、设施的影响。静态破碎剂遇水发生水化反应，体积能膨胀4倍，将静态破碎剂浆体充填入被破碎物体的钻孔中，经3～10 h产生的膨胀压可使被破碎体产生裂纹，随着时间的增加裂纹会不断扩大，混凝土及矸石块碎裂程度大，产生大块混凝土及矸石块较小，非常利于人工出矸作业。

4) “柔性保护”对爆破飞石有一定的缓冲作用，保护效果较刚性保护效果要好;另外全断面保护保证了爆破矸石全部限制在保护范围内，避免影响附近设备设施。

参考文献：

[1]薛志翔.钢筋混凝土静态破裂试验研究[D].淮南:安徽理工大学,2017.

[2]张爱莉,姚刚.静态爆破的设计及应用[J].建筑技术,2002,34(6):420-422.

[3]张彦文.煤矿井下超大硐室施工技术[J].煤炭科技,2016(3):85-87.

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