郭興明

（1.太原理工大學(xué)礦業(yè)學(xué)院,山西太原030024；2.山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西大同037003）

在煤礦井下工作面推進(jìn)和巷道掘進(jìn)中，當(dāng)遇到斷層時會引起原巖應(yīng)力場的擾動，產(chǎn)生局部附加應(yīng)力，這樣受采動和掘進(jìn)影響，斷層可能“活化”，將改變頂板垮落的一般規(guī)律[1-4]。工程實(shí)踐證明，落差為3～6 m的中小型斷層對巷道掘進(jìn)及支護(hù)影響最大。過斷層時常用的方法有后退挖底、后退挑頂或直接過斷層后再挑頂三種，為了確保施工的順利進(jìn)行，必須制定施工相應(yīng)的安全技術(shù)措施。

1 礦井煤層地質(zhì)概況

馬營礦地處山西北部洪濤山北翼的丘陵地帶，地形較為復(fù)雜，梁峁溝谷交錯發(fā)育，多呈北西向展布，地勢總體呈現(xiàn)北高南低，屬低山丘陵黃土地貌。

所采11＃煤層厚度1.10～2.78 m，平均1.94 m，含夾矸0～2層。直接頂板為砂質(zhì)頁巖，底板為中粗砂巖。據(jù)井下巷道揭露，位于井田東部斷層走向N50°W，傾向NE，傾角70°，落差5 m，井田內(nèi)延伸長度約560 m。

為了順利通過斷層，進(jìn)行了工作面優(yōu)化設(shè)計(jì)，但是設(shè)計(jì)后仍要穿越很多落差小于5 m的斷層，且多數(shù)斷層有淋水。因此，必須選擇合理的施工方法，采取科學(xué)的管理辦法，采用有效的安全措施，方可實(shí)現(xiàn)安全施工和回采。

2 過斷層需要解決的主要問題

1)合理選擇有效的支護(hù)形式，維護(hù)斷層帶圍巖破碎穩(wěn)定性；

2）適當(dāng)調(diào)整過斷層時巷道與斷層的夾角，滿足采掘設(shè)備運(yùn)行對坡度的要求；

3）提高掘進(jìn)巷道中煤巷的比例，加快施工速度，有利于施工管理；

4）盡可能實(shí)現(xiàn)一次成巷。

3 過斷層方案的選擇

3.1 方案Ⅰ： 直接過斷層法

圖1 直接過斷層施工示意圖

如圖1所示，在揭露的斷層A處，可以采用上山掘進(jìn)，傾角控制在8°左右，直接過斷層找煤。

由于斷層會造成煤層錯斷、缺失，破壞圍巖完整性，易引發(fā)頂板冒落，若采用該方案存在以下不足:

1)斷層附近構(gòu)造應(yīng)力集中程度大，頂板難以控制；

2)斷層處淋水，造成圍巖膨脹，導(dǎo)致片幫、冒頂加??；

3)出矸量大，運(yùn)輸費(fèi)用高；

4)支護(hù)往往采用復(fù)合支護(hù)，常見的錨桿、錨索，再加工字鋼棚聯(lián)合支護(hù)，支護(hù)成本高。

3.2 方案Ⅱ： 后退放頂法

式中：S-后退放頂距離；

h-斷層落差，h=3 m；

θ-放頂施工坡度，取8°。

圖2 后退放頂法施工示意圖

如圖2所示，采用后退放頂法施工，從見斷層處往外退21.3 m，即A點(diǎn)處，按8°上山掘進(jìn)，約在B點(diǎn)過斷層，沿11＃煤層繼續(xù)掘進(jìn)。

由于11＃煤層頂板巖層穩(wěn)定，減少了構(gòu)造應(yīng)力影響，有利于支護(hù)，再者受破壞巖石和松散煤體處于巷中，頂板不易冒落，便于控制。采用后退放頂法施工表現(xiàn)出以下優(yōu)點(diǎn):

1)工作場所避開淋水和松散煤、巖體，施工容易，有利于頂板管理工作；

2)11＃煤層頂板較穩(wěn)定，可降低支護(hù)費(fèi)用；

3)C區(qū)可作為矸石回填區(qū)，減少了矸石運(yùn)輸量。

3.3 方案比較

根據(jù)上述方案描述，列出方案比較表，見表1。

表1 方案比較表

由上表可以看出，方案Ⅱ明顯優(yōu)越于方案Ⅰ，故選方案Ⅱ作為過斷層最優(yōu)方案。

4 過斷層支護(hù)方案設(shè)計(jì)

過斷層時根據(jù)現(xiàn)場頂板狀況，確定支護(hù)方式。頂板完整時，采用錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護(hù)，具體參數(shù):錨桿采用?20 mm，L=2 000 mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，每根配備2個CK2360樹脂藥卷和一個?120 mm，厚10 mm的鑄鋼圓托板，間排距800×800 mm，錨桿設(shè)計(jì)錨固力105 kN；錨網(wǎng)采用6＃鋼筋焊接制作,網(wǎng)孔規(guī)格150 mm ×150 mm,網(wǎng)片規(guī)格為1 500 mm×800 mm；錨索采用7股左捻預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作，規(guī)格為?17.8 mm×6 300 mm,每根配備5個CK2360樹脂藥卷與300 mm×300 mm×12 mm鐵托盤配套使用，托盤中心孔直徑20 mm，錨索沿巷道中心線對稱，呈五花布置即（2,1,2），間排距2 000 mm×2 400 mm；噴漿采用砼C20,噴厚150 mm。

頂板破碎時，采用先頂部錨網(wǎng)支護(hù),錨桿規(guī)格：?2 mm×2 400 mm,間排距為800 mm×800 mm，后架11＃礦用工字鋼梯形棚+噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)，見圖3。2 000 mm×1 000 mm經(jīng)緯鋼筋網(wǎng)腰幫、背頂，棚距800 mm，采用7道2＃鋼管加U卡纜把梯形棚牢固地連成整體，初噴混凝土距工作面不大于5 mm。斷層地帶圍巖破碎松動圈范圍較大，圍巖不穩(wěn)定，所以對巷道實(shí)行噴射混凝土進(jìn)行全封閉，厚度約100 mm～200 mm，這樣既阻止了圍巖松動圈的進(jìn)一步風(fēng)化，又提高了圍巖及支護(hù)的整體強(qiáng)度，可以保證該地帶安全施工。

圖3 工字鋼梯形棚圖

5 施工工藝

正常掘進(jìn)時采用EBJ-200掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，一次成巷。過斷層段采用綜掘機(jī)組施工，巖石切割應(yīng)遵循“先軟后硬”的原則。如果巖石堅(jiān)硬，采用松動爆破施工，實(shí)行掘支單行作業(yè)，每掘0.9 m，先打頂錨桿并掛網(wǎng)支護(hù)，然后對兩幫進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)。為了加強(qiáng)頂板支護(hù)，每掘支完3排錨桿后，及時補(bǔ)打頂板錨索。

過斷層期間嚴(yán)格執(zhí)行短段掘支，嚴(yán)禁空頂，采用錨網(wǎng)索或架棚支護(hù)，最大控頂距不應(yīng)超過1.1 m。

6 安全技術(shù)措施

巷道過斷層施工技術(shù)要求高，施工難度大，安全隱患多，由于在施工中采取了下面三個方面的安全技術(shù)措施，很好地解決了施工中遇到的安全問題，確保了施工的有序進(jìn)行。

6.1 頂板管理措施

1)過斷層期間頂板嚴(yán)重破碎或漏頂時，采用撞契超前加強(qiáng)支護(hù)。撞契規(guī)格：?50 mm×2 000 mm的鋼管、?20 mm×2 000 mm的圓鋼或50 mm×50 mm×2 000 mm的木撞契。撞楔使用數(shù)量由現(xiàn)場施工負(fù)責(zé)人、技術(shù)員和安檢員共同確定。

施工要求：撞契打在第一、第二棚之間，打入工作面第一棚前不得少于1 m，外露不得少于200 mm，間距不大于300 mm,視現(xiàn)場情況另行加密。如果遇撞契打不進(jìn)煤壁時，則采用先打眼然后在眼內(nèi)打撞契的方法施工。

2)嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問頂制度，施工之前，必須由安檢員持長柄工具站在安全地點(diǎn)，及時處理掉浮巖、危矸，只有確認(rèn)安全可靠后方準(zhǔn)作業(yè)。

3)嚴(yán)禁空頂作業(yè)，不準(zhǔn)任何人員進(jìn)入空頂區(qū)域。

4)采用兩根?160 mm×3 000 mm的優(yōu)質(zhì)圓木配合1 200 mm×200 mm×70 mm的木板做臨時支護(hù)，帶帽點(diǎn)柱要垂直頂?shù)装澹⒂媚拘ù蚓o。

5)錨網(wǎng)支護(hù)前，先敲幫問頂，然后掃凈幫下部圍巖的浮矸活石，再施工帶帽點(diǎn)柱。

6)在有人監(jiān)護(hù)下，按設(shè)計(jì)棚距，刷幫至設(shè)計(jì)寬度，用風(fēng)鎬或手鎬挖腿窩，深度50 mm,虛底墊木鞋，棚腿栽好后上齊兩幫部各兩組拉桿，然后用力將棚梁架到棚腿上，調(diào)整好棚距，班組長負(fù)責(zé)看好中線，找準(zhǔn)棚梁中、拉好調(diào)斜，上好頂部二組拉桿，再用水泥背板或木背板及木楔背實(shí)頂部，最后鋪好幫下部金屬笆片，連好網(wǎng)。用水泥背板或木背板及木楔剎實(shí)幫部，最后將余貨出盡。

7)空幫空頂處必須用水泥背板、半圓木或編織袋充填嚴(yán)實(shí)。

8)施工中必須加強(qiáng)頂板管理，及時進(jìn)行支護(hù)，嚴(yán)防發(fā)生冒頂。

9)掘進(jìn)過程中一旦發(fā)生冒頂，必須暫時停止作業(yè)，待頂板穩(wěn)定后方可派有經(jīng)驗(yàn)的人員進(jìn)行處理；處理冒頂前應(yīng)事先清理好退路，備齊接頂料，接頂用半圓木和雙抗編織袋充填實(shí)。接頂時要專人看護(hù)頂板，瓦檢員要及時檢查高冒處的瓦斯?jié)舛龋?dāng)瓦斯?jié)舛仍?.5%以下，且頂板無安全問題，方可進(jìn)行接頂作業(yè)。

(1)接頂時用半圓木打木垛接頂，木垛必須打設(shè)牢固；

(2)處理冒頂時必須3人以上方可作業(yè)，1人接頂，1人運(yùn)送接頂料，1人觀頂并指揮；

(3)處理冒頂時必須有班組長現(xiàn)場指揮作業(yè)。

10)工作面處電話要保證暢通，電話且距工作面不超過30 m。

6.2 瓦斯管理措施

1)工作面回風(fēng)巷風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.0%、CO2濃度超過1.5%及CO濃度超過24 ppm時，必須停止工作，撤出人員，采取措施，進(jìn)行處理。

2)工作面及其他作業(yè)地點(diǎn)風(fēng)流中，電動機(jī)或其開關(guān)安設(shè)地點(diǎn)附近20 m以內(nèi)風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.5%時，必須停止工作，切斷電源，撤出人員，進(jìn)行處理。

3)必須保護(hù)好工作面的各種監(jiān)控探頭及便攜儀，不能被水淋，也不能被其他東西覆蓋。

4)工作面局部空幫、空頂處，必須及時填實(shí)，以防瓦斯積聚。

5)過斷層期間要加強(qiáng)對工作面處瓦斯等有害氣體的檢查。

6.3 防治水管理措施

1)堅(jiān)持“有掘必探，先探后掘”的防治水原則。長探、短探鉆孔必須及時施工，確保安全可靠的前控距離。

2)做好施工進(jìn)度安排，到施工長探鉆孔施工位置后及時與地測部門聯(lián)系，打長探鉆孔探放水。

3)施工中發(fā)現(xiàn)有突水預(yù)兆（如掛紅、掛汗、空氣變冷；發(fā)現(xiàn)霧氣、水叫；頂板淋水加大；頂板來壓；底板鼓起或產(chǎn)生裂隙；有淋水且水色發(fā)渾有臭味等），必須停止作業(yè)，采取措施，報(bào)告礦調(diào)度，將所有受水害威脅區(qū)域內(nèi)的人員撤至安全地點(diǎn)。

4)在工作面后方低洼處設(shè)一個零時水倉（容水量約1 m3），鋪設(shè)排水管路接至工作面后并保持暢通，配設(shè)功率為18.5 kw的水泵1臺（另配1臺同功率水泵備用），保證正常排水。

7 結(jié)語

馬營煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層發(fā)育，欲穿越斷層破碎帶首先應(yīng)做好的工作，一是保證巷道的施工質(zhì)量；二是采用短掘短支，嚴(yán)禁空頂作業(yè)，加強(qiáng)支護(hù)；三是及時處理工作面涌水、防止瓦斯積聚。

斷層帶施工極易發(fā)生頂板失穩(wěn)、冒頂、巷道成形不好、突水、瓦斯大量涌出等問題。施工時必須根據(jù)煤巖層的賦存條件和實(shí)際探明情況，綜合分析和考慮各方面的影響因素，采用合理的控制措施。對于施工困難大，單一的方法措施可能無法有效解決的，可采用多種措施聯(lián)合作用的方式，在確保施工安全的前提下，達(dá)到提高施工質(zhì)量和進(jìn)度的目的。

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