煤礦掘進(jìn)巷道過(guò)斷層技術(shù)問(wèn)題研究

王毅剛

【摘 要】某煤礦東翼運(yùn)輸大巷沿煤層底板施工，煤層為條帶結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，水平層理，外生裂隙發(fā)育，密度大，質(zhì)硬。頂、底板均為細(xì)砂巖、中細(xì)砂巖，膠結(jié)較好，比較堅(jiān)硬。在巷道掘進(jìn)中遇到一處斷層構(gòu)造，通過(guò)后退挑頂方案與后退臥底方案的比較，最終確定后退挑頂方案過(guò)斷層，影響單進(jìn)水平時(shí)間短，保證了施工期的安全。

【關(guān)鍵詞】沿煤層底板掘進(jìn)；過(guò)斷層；安全生產(chǎn)

1.斷層對(duì)掘進(jìn)施工的影響

1.1支護(hù)困難

當(dāng)巷道掘進(jìn)施工遇到不同程度的困難的時(shí)候，特別是對(duì)于煤巷的掘進(jìn)工作面遇到有比較難過(guò)的斷層時(shí)，這樣會(huì)對(duì)工作面有很大影響，最終使得工作面的掘進(jìn)方向發(fā)生很大的偏移，這時(shí)候必須對(duì)工作面的上山進(jìn)行追煤掘進(jìn)。眾所周知，錨桿支護(hù)是一種相對(duì)木支護(hù)的主動(dòng)支護(hù)，它是煤礦用于巷道支護(hù)的最有效的方式之一，在煤礦中得到廣泛的使用，錨桿支護(hù)的主要作用有利用懸吊理論，將直接頂較為軟弱的巖層能夠懸掛在相對(duì)堅(jiān)硬的基本頂上，這樣能夠使得更加穩(wěn)定堅(jiān)硬，錨桿頂部用錨固劑錨固好，增強(qiáng)下面軟弱巖層的穩(wěn)定性，從而起到有效的支護(hù)作用。如果上部巖層的基本頂破碎，這樣會(huì)使得懸吊理論失效，同時(shí)失去錨桿支護(hù)的作用，不能夠起到很好的支護(hù)作用。巷道頂部得不到安全有效的支護(hù)。

1.2影響施工進(jìn)度及安全

沿掘進(jìn)施工方向斷層造成煤層下移時(shí)，必須以下山角度破巖施工追煤掘進(jìn)。巷道底部容易存在積水，造成底部鉆孔易進(jìn)水，爆破裝藥困難，爆破效果差，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。另外，由于底部鉆孔易進(jìn)水，固定刮板輸送機(jī)尾部的地錨錨固效果變差，容易抬甚至被拉翻，不利于施工安全。

2.案例分析

某煤礦東翼運(yùn)輸大巷北鄰東翼軌道大巷，頂板為細(xì)砂巖、中細(xì)砂巖，膠結(jié)較好，比較堅(jiān)硬；底板為灰白色中粗粒砂巖，較堅(jiān)硬；煤層以暗煤為主，具鏡煤及亮煤，瀝青光澤，棱角狀-貝殼狀斷口，條帶結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，水平層理，外生裂隙發(fā)育，密度大，質(zhì)硬，煤層上部含暗煤成分多，中下部則以亮煤成分居多。巷道掘進(jìn)至450m位置時(shí)，遇到一處正斷層，斷層落差2.2m，傾角70°，斷層面與掘進(jìn)巷道斜交30°。

2.1斷層形成及特點(diǎn)

斷層的形成，主要是因?yàn)楫?dāng)巖石受力超過(guò)其承受力時(shí)，產(chǎn)生破裂，形成微隙，當(dāng)許多微隙連在一起時(shí)，就形成一個(gè)斷面層。斷面層兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)，根據(jù)滑動(dòng)的方向，斷層可分為正斷層和逆斷層。正斷層：即斷層面上盤相對(duì)下盤沿?cái)鄬用嫦蛳禄瑒?dòng)的斷層。特點(diǎn)：產(chǎn)狀較陡，通常在45°以上，而以60°左右較為常見(jiàn)。逆斷層：即斷層面上盤相對(duì)下盤沿?cái)鄬用嫦蛏匣瑒?dòng)的斷層。特點(diǎn)：產(chǎn)狀一般較緩，大多45°。

2.2斷層揭露及過(guò)斷層方案

東翼運(yùn)輸大巷沿煤層底板掘進(jìn)，煤層傾角較小，煤層底板為細(xì)砂巖，巖石硬度 7.5。巷道施工斷面為矩形，掘進(jìn)寬4.7m、高3.1m。掘進(jìn)迎頭遇一處正斷層，斷層落差2.4m，傾角70°。根據(jù)斷層情況，提出如下兩種過(guò)斷層方案：

方案1：退后10m從變坡點(diǎn)處按0腰線破巖掘進(jìn)，即后退臥底法，以保證運(yùn)輸大巷皮帶安裝及正常使用，確保巷道不留積水，整體為下山巷道。

方案2：從斷層面退后5m挑頂按8°上山掘進(jìn)，直到遇到煤層底板時(shí)再沿煤層底板掘進(jìn)，即后退挑頂法。

2.3方案的比較與選擇

通過(guò)沿巷道掘進(jìn)方向用鉆機(jī)打探鉆及無(wú)線電波透視探測(cè)技術(shù)，確定掘進(jìn)前方巖石長(zhǎng)約40m。

2.3.1方案1優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：保證巷道整體平直，無(wú)起伏，無(wú)積水，不需要在巷道中間施工水倉(cāng)。缺點(diǎn)：退后臥底時(shí)，底板巖石較硬，向前掘進(jìn)破巖較多且破巖掘進(jìn)距離較長(zhǎng)，只有用炮掘代替綜掘，用綜掘機(jī)出渣（礦方無(wú)巖巷扒裝機(jī)等設(shè)備）影響出渣速度，從而影響掘進(jìn)速度，進(jìn)而影響整個(gè)礦井的采掘生產(chǎn)接續(xù)計(jì)劃。

2.3.2方案2優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：破巖掘進(jìn)距離較短，影響掘進(jìn)單進(jìn)水平的時(shí)間較短；雷管、炸藥的使用量較少，便于對(duì)爆炸材料管理；不需要安裝巖巷扒裝機(jī)等設(shè)備。缺點(diǎn)：需要在大巷變坡點(diǎn)處施工臨時(shí)水倉(cāng)并安裝排水泵；挑頂預(yù)計(jì)用時(shí)8h，影響掘進(jìn)速度。

2.4方案選擇原則

后退臥底法：沿掘進(jìn)施工方向，斷層造成煤層下移時(shí)，采取后退臥底法過(guò)斷層，待臥底掘至斷層面時(shí)，巷道頂部將恰好達(dá)到斷層面上盤煤層頂板，錨桿支護(hù)用于煤層頂板，從而使錨桿起到應(yīng)有的支護(hù)作用。有效可靠地支護(hù)。該方法適合于斷層面造成掘進(jìn)施工方向上的煤層下移時(shí)。當(dāng)臥底至斷層面時(shí)，巷道的頂部剛好到達(dá)斷層面的上盤的煤層頂板，可使用錨桿支護(hù)頂板，保證支護(hù)的穩(wěn)定之后，便可繼續(xù)向前掘進(jìn)。該方法也可用于當(dāng)斷層面造成掘進(jìn)施工方向上的煤層上移的時(shí)候。

后退挑頂法：沿掘進(jìn)施工方向斷層造成煤層上移時(shí)，待挑頂掘至斷層面時(shí)，下盤煤層頂板，繼續(xù)向前掘進(jìn)時(shí)，錨桿支護(hù)用于煤層頂板。從而使錨桿起到應(yīng)有的支護(hù)作用，使斷層面附近頂板得以有效可靠地支護(hù)。這種方法適合于當(dāng)斷層面造成掘進(jìn)施工方向上的煤層上移的時(shí)候。當(dāng)挑頂至斷層面的時(shí)候，巷道的頂部剛好到達(dá)斷層面下盤的煤層頂板。使用錨桿支護(hù)頂板，保證支護(hù)的穩(wěn)定之后，便可繼續(xù)向前掘進(jìn)。

2.5方案的確定

根據(jù)東翼運(yùn)輸大巷所遇斷層實(shí)際情況，通過(guò)對(duì)后退臥底法和后退挑頂法2個(gè)方案優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，最終確定采用方案2（后退挑頂法）作為巷道過(guò)斷層的方案。

2.6效果分析

通過(guò)實(shí)際施工，在巷道下半部采用震動(dòng)炮破巖，綜掘機(jī)裝巖出矸，放炮時(shí)采用“多打眼，少裝藥”，減少每孔的裝藥量，降低因放炮對(duì)斷層帶附近破碎頂板的震動(dòng)；巷道上半部使用綜掘機(jī)切割成巷。使用該方法掘進(jìn)10m后便可沿煤層底板掘進(jìn)，使用該方案比方案1節(jié)省1個(gè)月的時(shí)間，減少了購(gòu)買巖巷扒裝機(jī)的費(fèi)用，保證了掘進(jìn)速度，從而保證了礦井的生產(chǎn)接續(xù)。

3.提高煤巷掘進(jìn)進(jìn)尺

3.1選好轉(zhuǎn)載運(yùn)輸系統(tǒng)

根據(jù)綜掘機(jī)械化作業(yè)線主要類型有以下4種：一是掘進(jìn)機(jī)+梭車的作業(yè)線；二是掘進(jìn)機(jī)+刮板輸送機(jī)的作業(yè)線；三是掘進(jìn)機(jī)+膠帶輸送機(jī)的作業(yè)線；四是掘進(jìn)機(jī)+礦車的作業(yè)線。前兩種用膠帶輸送機(jī)時(shí)運(yùn)輸能力大。而用刮板輸送機(jī)時(shí)變化大、長(zhǎng)度較短的條件，兩種輸送機(jī)各有優(yōu)缺點(diǎn)，要根據(jù)實(shí)際情況仔細(xì)分析論證，不能盲目選用。后兩種礦車使用在小型礦井或在輸送機(jī)運(yùn)煤系建成之前。連續(xù)運(yùn)輸同樣要根據(jù)實(shí)際情況，科學(xué)論證，要重視決策的重要性。

3.2炮掘進(jìn)尺

我國(guó)目前煤巷及半煤巖巷仍多數(shù)使用鉆眼爆破掘進(jìn)法。正是由于這種掘進(jìn)技術(shù)前期見(jiàn)效快，技術(shù)含量又不高，具體的操作工人又較容易掌握，所以，在許多煤礦比較受歡迎。因此，如何有效提高炮掘進(jìn)尺是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效礦井一項(xiàng)值得重視和研究的技術(shù)，具有進(jìn)一步推廣的價(jià)值。要在鉆眼爆破的設(shè)備和器材上有所保障，目前為減少鉆眼產(chǎn)生的煤塵，應(yīng)提高工人的精神狀態(tài)，對(duì)提高效率和減少人的不安全行為也有益處。就這樣可以提高工作效率。由于煤軟，盡量不浪費(fèi)物資和做不必要的運(yùn)煤。還應(yīng)當(dāng)采用保邊爆破，使用雷管一次放炮。這樣就可以在鉆跟爆破這個(gè)環(huán)節(jié)上節(jié)省時(shí)間，提高工效。

4.結(jié)論

通過(guò)綜合考慮斷層的性質(zhì)、落差大小及礦井接續(xù)安排，采用后退挑頂法處理斷層，順利通過(guò)了斷層段的施工，確保了施工期間圍巖的穩(wěn)定性和施工安全，加快了掘進(jìn)速度，從而保證了礦井的生產(chǎn)接續(xù)。實(shí)踐證明，在巷道遇斷層時(shí)，采用后退挑頂法通過(guò)斷層，成本低、支護(hù)效果好，而且施工工藝簡(jiǎn)單，不失為一種簡(jiǎn)易且行之有效的方法。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]宋建民，李保同.如何提高煤巷掘進(jìn)進(jìn)尺[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2008.