王義平

（山西焦煤霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦，山西 呂梁 033102）

斷層是巷道掘進(jìn)過(guò)程中常見(jiàn)的地質(zhì)構(gòu)造，斷層侵入造成煤巖體空間上錯(cuò)位、不連續(xù)，不僅降低了采掘作業(yè)效率，增加了過(guò)斷層期間的破巖量，而且受斷層應(yīng)力影響，斷層附近巖體破碎，易出現(xiàn)頂板垮落、煤壁片幫等。所以過(guò)斷層時(shí)根據(jù)斷層特征采取合適的過(guò)斷層施工工藝以及支護(hù)工藝對(duì)巷道安全、高效掘進(jìn)具有顯著的作用。本文以店坪煤礦2062巷掘進(jìn)過(guò)F4斷層為例，對(duì)快速過(guò)斷層施工工藝以及圍巖控制進(jìn)行探討[1-5]。

1 概述

山西焦煤霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦2062巷布置在井田二采區(qū)東部，巷道從830 m水平大巷開(kāi)口，東西走向布置，巷道北側(cè)為204采空區(qū)，西部為南翼回風(fēng)巷，南部為實(shí)煤區(qū)，東部為井田邊界。2062巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1724 m，巷道為矩形斷面，寬度為4.2 m，高度為3.1 m，巷道掘進(jìn)煤層為9#煤層。9#煤層位于太原組中部，煤層平均厚度為3.1 m，平均傾角為3°，煤層頂?shù)装鍘r性見(jiàn)表1。

表1 9#煤層頂?shù)装鍘r性表

2062巷地質(zhì)資料顯示，2062巷掘進(jìn)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造單一，主要以中小型斷層為主。其中，位于巷道940 m處的F4正斷層落差最大，為2.0 m，傾角為52°，對(duì)巷道掘進(jìn)施工影響較大，其他斷層平均落差在0.8 m以下，對(duì)巷道掘進(jìn)影響較小。

2062巷掘進(jìn)至910 m處時(shí)，對(duì)巷道迎頭施工三個(gè)鉆孔（1#、2#、3#），鉆孔施工在距底板1.8 m處，鉆孔深度為100 m。其中，1#鉆孔仰角為3°，2#鉆孔仰角為0°，3#鉆孔俯角為3°。通過(guò)鉆探結(jié)果發(fā)現(xiàn)，位于920 m處存在F4斷層，且掘進(jìn)側(cè)為斷層下盤(pán)，斷層上盤(pán)處煤體下移，斷層對(duì)巷道掘進(jìn)影響長(zhǎng)度為42 m。

2 巷道過(guò)斷層施工工藝

2062巷采用EBZ260型掘進(jìn)機(jī)截割，若按原巷道設(shè)計(jì)坡度掘進(jìn)，巷道破巖量大，掘進(jìn)機(jī)截割頭磨損嚴(yán)重，綜合分析后決定采用俯斜爆破法過(guò)斷層。

（1）由于F4斷層侵入后造成上盤(pán)煤體下移，如圖1， 2062巷在揭露斷層前以設(shè)計(jì)坡度下山掘進(jìn)，下山掘進(jìn)過(guò)程中留下盤(pán)頂煤、破底巖。由于留頂煤時(shí)煤體穩(wěn)定性差、易垮落，留頂煤期間應(yīng)對(duì)頂煤采取合理的加強(qiáng)支護(hù)措施。

圖1 2062巷俯斜掘進(jìn)剖面示意圖（mm）

（2）2062巷掘進(jìn)至915 m處（距F4斷層為25 m），巷道以5°下山角進(jìn)行掘進(jìn)。下山掘進(jìn)時(shí)需破下盤(pán)底板中粒砂巖，由于該巖體單軸抗壓強(qiáng)度為45 MPa，硬度高，采用掘進(jìn)機(jī)破巖難度大、設(shè)備損壞嚴(yán)重，對(duì)巖體區(qū)域采用松動(dòng)爆破法施工。

（3）巷道在下山掘進(jìn)時(shí)需預(yù)留頂煤，由于頂煤穩(wěn)定性差，在前6 m下山掘進(jìn)時(shí)頂煤最大厚度為0.7 m，頂煤很難預(yù)留，易出現(xiàn)垮落事故，所以在該區(qū)域掘進(jìn)時(shí)，采用留臺(tái)階法掘進(jìn)，即巷道頂板沿煤層頂板進(jìn)行掘進(jìn)，巷道底板按5°俯角下山掘進(jìn)。

（4）當(dāng)巷道掘進(jìn)6.0 m后，在工作面迎頭頂板往下0.7 m處留臺(tái)階并對(duì)留臺(tái)階處頂板采取特殊控制維護(hù)，臺(tái)階預(yù)留后工作面頂?shù)装逡?°俯角繼續(xù)下山掘進(jìn)。

（5）隨著逐漸揭露斷層上盤(pán)煤體，破巖厚度逐漸加大，在破巖厚度小于1.0 m時(shí)采用掘進(jìn)機(jī)破巖，當(dāng)破巖厚度大于1.0 m時(shí)采用松動(dòng)爆破施工工藝，每排施工5個(gè)爆破鉆孔，鉆孔深度為1.0 m，鉆孔間距為1.0 m，排距為1.5 m，每個(gè)鉆孔內(nèi)填裝一支長(zhǎng)度為0.35 m、直徑為30 mm的礦用抗水乳化炸藥。

（6）爆破完成后，采用掘進(jìn)機(jī)清理煤矸。當(dāng)巷道下山掘進(jìn)25 m后，且完全揭露斷層上盤(pán)煤體頂?shù)装鍟r(shí)，調(diào)整巷道掘進(jìn)坡度，并停止爆破施工，巷道沿?cái)鄬由媳P(pán)煤體頂?shù)装迤叫芯蜻M(jìn)。

3 過(guò)斷層帶頂板支護(hù)技術(shù)

3.1 留臺(tái)階處頂板加強(qiáng)支護(hù)

（1）因頂板在留臺(tái)階時(shí)臺(tái)階厚度小、臺(tái)階煤體穩(wěn)定性差，臺(tái)階預(yù)留難度大，決定對(duì)臺(tái)階5.0 m范圍內(nèi)頂板采取“注漿、超前管棚支護(hù)、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)以及施工組合錨索”進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

（2）留臺(tái)階前，先對(duì)留臺(tái)階設(shè)計(jì)頂板位置施工一排密集超前管棚支護(hù)。管棚支護(hù)體長(zhǎng)3.5 m，直徑為30 mm，超前管棚支護(hù)體布置間距為0.3 m，共計(jì)施工兩排，支護(hù)體以5°俯角布置。

（3）超前管棚支護(hù)施工完后，掘進(jìn)機(jī)單茬掘進(jìn)深度控制在1.0 m以內(nèi)，掘進(jìn)后及時(shí)對(duì)頂板鋪設(shè)特制鋼筋網(wǎng)，每片鋼筋長(zhǎng)度為4.2 m、寬度為1.2 m，鋼筋網(wǎng)采用直徑為5 mm圓鋼交錯(cuò)編制而成，鋼筋網(wǎng)搭接處采用14#鉛絲環(huán)環(huán)連接。

（4）鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)完后，在其5.0 m范圍內(nèi)頂板施工三排組合錨索，每組組合錨索主要由一塊長(zhǎng)度及寬度為0.5 m鋼托板以及四根長(zhǎng)度為8.3 m、一根長(zhǎng)度為10.3 m錨索組成。每排施工三組組合錨索，布置間距×排距=1.6 m×2.0 m，第一組組合錨索施工在距臺(tái)階邊緣1.0 m處，如圖2。

圖2 過(guò)F4斷層期間巷道頂板支護(hù)平面示意圖

3.2 留臺(tái)階5.0 m后頂板支護(hù)

巷道下山掘進(jìn)5.0 m后，頂板停止施工超前管棚支護(hù)，并將鋼筋網(wǎng)替換為傳統(tǒng)的金屬網(wǎng)，頂板采用“注漿+邁步式組合錨索+梯形鋼棚”聯(lián)合支護(hù)。

（1）注漿鉆孔施工在距頂板0.5 m處迎頭煤體上，每排布置3個(gè)注漿鉆孔，鉆孔深度為3.0 m，布置間距為1.8 m，鉆孔以45°仰角布置。鉆孔施工后，對(duì)煤體內(nèi)采用馬麗散注漿加固。

（2）注漿完成后，巷道掘進(jìn)時(shí)在頂板原永久支護(hù)的前提下頂板組合錨索采用“一.二.一”布置方式，組合錨索布置間排距為2.0 m。

（3）頂板組合錨索施工完后在下山巷道架設(shè)密集梯形鋼棚，鋼棚主要由頂梁、棚腿、連接拉桿以及卡纜等部分組成。梯形鋼棚架設(shè)時(shí)棚腿迎山角設(shè)置為80°，鋼棚架設(shè)間距為1.0 m。鋼棚架設(shè)完成后在相鄰兩架鋼棚之間采用三組拉桿進(jìn)行連接。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）目前，2062巷已掘進(jìn)至990 m處，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)F4斷層對(duì)巷道實(shí)際影響長(zhǎng)度為44 m，與鉆探結(jié)果基本相符。

（2）采取俯斜爆破施工工藝后，避免了掘進(jìn)機(jī)直接破底巖時(shí)截割電機(jī)、截齒等配件損壞，俯斜掘進(jìn)期間更換6個(gè)截齒，未出現(xiàn)截割電機(jī)、減速機(jī)燒毀現(xiàn)象。

（3）采取聯(lián)合支護(hù)措施后，通過(guò)15 d現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，巷道在過(guò)斷層期間頂板未出現(xiàn)破碎、垮落。在過(guò)斷層后8 d范圍內(nèi)構(gòu)造應(yīng)力在釋放過(guò)程中對(duì)斷盤(pán)兩側(cè)巖體產(chǎn)生蠕動(dòng)破壞作用，頂板下沉量0.11 m；在8～15 d范圍內(nèi)，頂板蠕動(dòng)變形現(xiàn)象逐漸減弱。