煤巷掘進過斷層技術(shù)探討

孫景華

摘 要：在巷道遇斷層時，采用后退挑頂法通過斷層，成本低、支護效果好，而且施工工藝簡單。通過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，可以順利通過斷層段的施工，確保施工期間圍巖的穩(wěn)定性和施工安全，加快掘進速度，從而保證礦井的生產(chǎn)接續(xù)。

關(guān)鍵詞：沿煤層底板掘進；過斷層；安全生產(chǎn)

一、斷層對掘進施工的影響

（一）支護困難

當(dāng)巷道掘進施工遇到不同程度的困難的時候，特別是對于煤巷的掘進工作面遇到有比較難過的斷層時，這樣會對工作面有很大影響，最終使得工作面的掘進方向發(fā)生很大的偏移，這時候必須對工作面的上山進行追煤掘進。眾所周知，錨桿支護是一種相對木支護的主動支護，它是煤礦用于巷道支護的最有效的方式之一，在煤礦中得到廣泛的使用，錨桿支護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堅硬的基本頂上，這樣能夠使得更加穩(wěn)定堅硬，錨桿頂部用錨固劑錨固好，增強下面軟弱巖層的穩(wěn)定性，從而起到有效的支護作用。如果上部巖層的基本頂破碎，這樣會使得懸吊理論失效，同時失去錨桿支護的作用，不能夠起到很好的支護作用。巷道頂部得不到安全有效的支護。

（二）影響施工進度及安全

沿掘進施工方向斷層造成煤層下移時，必須以下山角度破巖施工追煤掘進。巷道底部容易存在積水，造成底部鉆孔易進水，爆破裝藥困難，爆破效果差，嚴(yán)重影響施工進度。另外，由于底部鉆孔易進水，固定刮板輸送機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。

二、案例分析

開灤荊各莊煤礦東翼運輸大巷南鄰東翼軌道大巷，頂板為細砂巖、中細砂巖，膠結(jié)較好，比較堅硬；底板為灰白色中粗粒砂巖，較堅硬；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。巷道掘進至450m位置時，遇到一處正斷層，斷層落差2.2m，傾角70°，斷層面與掘進巷道斜交30°。

（一）斷層形成及特點

斷層的形成，主要是因為當(dāng)巖石受力超過其承受力時，產(chǎn)生破裂，形成微隙，當(dāng)許多微隙連在一起時，就形成一個斷面層。斷面層兩側(cè)會產(chǎn)生滑動，根據(jù)滑動的方向，斷層可分為正斷層和逆斷層。正斷層：即斷層面上盤相對下盤沿斷層面向下滑動的斷層。特點：產(chǎn)狀較陡，通常在45°以上，而以60°左右較為常見。逆斷層：即斷層面上盤相對下盤沿斷層面向上滑動的斷層。特點：產(chǎn)狀一般較緩，大多45°。

（二）斷層揭露及過斷層方案

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

方案1：退后10m從變坡點處按0腰線破巖掘進，即后退臥底法，以保證運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，直到遇到煤層底板時再沿煤層底板掘進，即后退挑頂法。

（三）方案的比較與選擇

通過沿巷道掘進方向用鉆機打探鉆及無線電波透視探測技術(shù)，確定掘進前方巖石長約40m。

1.方案1優(yōu)點與缺點

優(yōu)點：保證巷道整體平直，無起伏，無積水，不需要在巷道中間施工水倉。缺點：退后臥底時，底板巖石較硬，向前掘進破巖較多且破巖掘進距離較長，只有用炮掘代替綜掘，用綜掘機出渣（礦方無巖巷扒裝機等設(shè)備）影響出渣速度，從而影響掘進速度，進而影響整個

礦井的采掘生產(chǎn)接續(xù)計劃。

2.方案2優(yōu)點與缺點

優(yōu)點：破巖掘進距離較短，影響掘進單進水平的時間較短；雷管、炸藥的使用量較少，便于對爆炸材料管理；不需要安裝巖巷扒裝機等設(shè)備。缺點：需要在大巷變坡點處施工臨時水倉并安裝排水泵；挑頂預(yù)計用時8h，影響掘進速度。

（四）方案選擇原則

確定方案的原則：安全較為可靠，利于頂板管理及安全管控；減少設(shè)備損耗，設(shè)備管理較為可靠；加快掘進速度，為礦井采掘接續(xù)計劃提供保障。過斷層方式的幾個原則：根據(jù)頂、底板的軟硬程度，若底板較軟，綜掘機以容易割底矸、機掘以容易臥底為宜。挑頂臥底坡度與巷道用途和掘進機使用要相適應(yīng)。

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

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

（五）方案的確定

根據(jù)東翼運輸大巷所遇斷層實際情況，通過對后退臥底法和后退挑頂法2個方案優(yōu)缺點進行比較，最終確定采用方案2（后退挑頂法）作為巷道過斷層的方案。

（六）效果分析

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

三、提高煤巷掘進進尺

選好用好性能優(yōu)良的掘進機設(shè)備通過國產(chǎn)化合作，使用已有了較大發(fā)展，但我們還要與掘進機的發(fā)展趨勢有效結(jié)合起來。我們應(yīng)當(dāng)注意到，當(dāng)前掘進機發(fā)展的趨勢是：擴大增加切割能力、提高采用高壓水射流、發(fā)展自動控制，發(fā)展掘錨聯(lián)合掘進機等。要提高綜合機械化掘進法掘進進尺，形成一條機械化生產(chǎn)的掘進系統(tǒng)。同時還要抓好以下兩點關(guān)鍵因素：

（一）選好轉(zhuǎn)載運輸系統(tǒng)

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

（二）炮掘進尺

我國目前煤巷及半煤巖巷仍多數(shù)使用鉆眼爆破掘進法。正是由于這種掘進技術(shù)前期見效快，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尺是實現(xiàn)高產(chǎn)高效礦井一項值得重視和研究的技術(shù)，具有進一步推廣的價值。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，盡量不浪費物資和做不必要的運煤。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環(huán)節(jié)上節(jié)省時間，提高工效。

參考文獻：

[1]宋建民，李保同.如何提高煤巷掘進進尺[J]，科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2008.

[2]張云峰.煤礦掘進迎頭過斷層技術(shù)探討[J].中國科技投資.2012（24）

（作者單位：開灤（集團）有限責(zé)任公司荊各莊礦業(yè)分公司）