掘進(jìn)工作面安全過斷層破碎帶技術(shù)措施研究

張孝明

（大同煤礦集團(tuán)云岡礦，山西 大同 037000）

1 概況

大同煤礦集團(tuán)云岡礦311軌道巷位于12#層311盤區(qū)，12#煤層平均煤厚1.52m，煤層中含有一層0.3～0.5m厚的夾石，煤層平均傾角2.5°。311軌道巷設(shè)計(jì)長度為460m，主要擔(dān)負(fù)著311盤區(qū)輔助運(yùn)輸任務(wù)，巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.5×3.0m，311軌道巷采用綜合機(jī)械化工藝，沿12#煤層頂板掘進(jìn)，巷道坡度隨12#煤層頂板變化而變化。311軌道巷直接頂主要以泥巖、細(xì)粉砂巖混合夾雜為主，巖石平均厚度為4.8m，巖石硬度系數(shù)小且易破碎；基本頂主要以粗砂巖為主，平均厚度為7.9m；基本底主要以炭質(zhì)泥巖為主，平均厚度為4.2m。

根據(jù)云岡礦地測(cè)科提供資料顯示，311軌道巷掘進(jìn)至270m處將揭露一條F17正斷層，斷層落差為2.4m，傾角為65°。初步支護(hù)設(shè)計(jì)采用錨桿、錨索、鋼帶、金屬網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，在過F17斷層前，探討了過斷層破碎帶期間采用初步設(shè)計(jì)支護(hù)可能無法滿足相關(guān)需要，提出了合理有效的支護(hù)措施及安全管理措施，力求保證施工巷道安全順利過斷層破碎帶。

圖1 12#層311軌道巷過斷層破碎帶走向剖面圖

2 施工技術(shù)措施分析

2.1 優(yōu)化掘進(jìn)施工工藝

由于F17斷層落差為2.4m，工作面煤層出現(xiàn)下移，若采用強(qiáng)行破頂煤過斷層時(shí)不僅施工困難、破巖量大、煤柱回收效率低，而且受構(gòu)造應(yīng)力影響，在過斷層帶期間頂板很容易出現(xiàn)垮落，發(fā)生重大事故。為此，決定采用松動(dòng)爆破俯斜過斷層破碎帶施工工藝。施工方法如下：

（1）以地測(cè)科提供斷層位置資料為依據(jù)，311軌道巷在掘進(jìn)至距斷層帶50m處時(shí)開始探巷，探巷30m掘進(jìn)20m，當(dāng)巷道掘進(jìn)至280m處時(shí)采用松動(dòng)爆破施工工藝。

（2）當(dāng)巷道掘進(jìn)至282m處且明確斷層位置時(shí)，巷道以8°俯角留頂煤破底巖下山掘進(jìn)，在掘進(jìn)過程中嚴(yán)禁空頂作業(yè)，頂板及時(shí)補(bǔ)打永久支護(hù)。

（3）當(dāng)巷道下山掘進(jìn)18m后巷道頂板將進(jìn)入F17斷層上盤巖石層，底板揭露4#煤層，此時(shí)及時(shí)調(diào)整工作面掘進(jìn)角度，沿巷道頂?shù)装迤叫芯蜻M(jìn)，如圖1所示。

2.2 優(yōu)化支護(hù)工藝

311軌道巷在282m處開始以8°俯角下山掘進(jìn)，在下山掘進(jìn)段施工巷道頂板將預(yù)留三角煤柱，三角煤柱厚度為0～2.4m，而311軌道巷掘進(jìn)煤層為石炭系煤層，煤層不穩(wěn)定，在構(gòu)造應(yīng)力、采動(dòng)壓力、爆破震動(dòng)的作用下三角煤柱很難預(yù)留，一旦三角煤柱出現(xiàn)大面積垮落，頂板出現(xiàn)高達(dá)2.4m高冒區(qū)，不僅加大了支護(hù)難度，而且很容易造成瓦斯積聚，所以在進(jìn)行下山掘進(jìn)時(shí)必須采取有效措施加強(qiáng)三角煤柱穩(wěn)定性。

（1）311軌道巷下山掘進(jìn)時(shí)，采用永久支護(hù)與密集撞楔超前支護(hù)聯(lián)合對(duì)三角煤柱進(jìn)行維護(hù)，撞楔支護(hù)由長度3.5m、Φ30mm鋼針組成。

（2）當(dāng)巷道掘進(jìn)至282m處時(shí)進(jìn)行定線，確定施工巷道下山掘進(jìn)時(shí)頂板位置，頂板位置確定后在頂板處施工一排密集鉆孔，鉆孔布置角度為8°，鉆孔采用Y-28型鉆機(jī)進(jìn)行施工，鉆孔長度為3.7m，Φ42mm。每排布置10個(gè)鉆孔，鉆孔間距為0.4m。

（3）鉆孔施工完后在鉆孔內(nèi)依次填裝錨固劑、鋼針，并采用手持鉆機(jī)對(duì)鋼針進(jìn)行加壓錨桿，錨固時(shí)間不得低于60s，鋼針施工完后確保鋼針與設(shè)計(jì)頂板平行。

（4）鋼針施工完2h后方可爆破掘進(jìn)，在下山掘進(jìn)時(shí)每茬進(jìn)度不得超過1.0m，爆破掘進(jìn)后及時(shí)對(duì)頂板施工永久支護(hù)。頂板永久支護(hù)采用錨桿配套鋼帶、錨索聯(lián)合支護(hù)。頂板每排布置5根錨桿，錨桿施工在撞楔超前支護(hù)間隙處，采用長度為4.0m鋼帶將其與頂板進(jìn)行錨固。頂板錨索采用長度為8.3m預(yù)應(yīng)力鋼絞線，每排施工三根錨索，錨索間距為1.8m，排距為2.0m，每根錨索下方配套一根長度為0.8m工字鋼梁。

（5）當(dāng)巷道下山掘進(jìn)2.0m后及時(shí)補(bǔ)打第二排撞楔支護(hù)，第二排撞楔支護(hù)與第一排施工工藝相同且交錯(cuò)布置，交錯(cuò)重疊長度為1.5m，依次類推直至311軌道巷下山掘進(jìn)完成。

2.3 安全管理措施

（1）311軌道巷在過斷層期間每班在開工前必須對(duì)巷道進(jìn)行探巷，探巷深度不得低于30m，在探巷過程中隨時(shí)觀察鉆孔內(nèi)出水情況、氣體涌出情況，并及時(shí)對(duì)探巷結(jié)果進(jìn)行記錄。

（2）311軌道巷在下山掘進(jìn)時(shí)應(yīng)控制好下山坡度，在下山掘進(jìn)時(shí)每班應(yīng)有一名專業(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)給線指導(dǎo)施工，防止因坡度過大或過小造成過斷后找煤困難。

（3）在下山掘進(jìn)期間，巷道頂板施工撞楔超前支護(hù)鉆孔時(shí)，應(yīng)確保鉆孔布置角度與下山角度一致，鉆孔施工后及時(shí)采用風(fēng)管對(duì)鉆孔內(nèi)巖塵進(jìn)行清理，防止巖塵堵塞鉆孔造成樹脂錨固不牢固。

（4）在對(duì)撞楔超前支護(hù)進(jìn)行錨固時(shí)，錨固時(shí)間必須符合設(shè)計(jì)要求（不得低于60s），錨固2h后必須及時(shí)對(duì)每一根超前支護(hù)進(jìn)行拉拔力實(shí)驗(yàn)，錨固失效的超前支護(hù)必須重新補(bǔ)打。

（5）采用松動(dòng)爆破下山掘進(jìn)時(shí)，炮孔深度不得低于0.6m，控制深度在1.0m為宜，每孔裝藥量不得超過300g，且在爆破施工時(shí)每次爆破炮眼數(shù)量不得超過3個(gè)。

（6）在松動(dòng)爆破施工期間隨時(shí)觀察頂板變化動(dòng)態(tài)，頂板出現(xiàn)離層、局部冒頂時(shí)必須及時(shí)采取合理有效的支護(hù)措施，同時(shí)爆破后必須及時(shí)對(duì)頂板施工永久支護(hù)，空頂距不得超過0.8m，嚴(yán)禁超空頂作業(yè)。

（7）當(dāng)311軌道巷下山掘進(jìn)到位后，應(yīng)及時(shí)觀察頂板煤巖層情況，若頂板為煤層或巖層時(shí)必須施工鉆孔進(jìn)行找煤，確保巷道過斷后繼續(xù)沿12#煤層頂板平行掘進(jìn)。

3 結(jié)語

在311軌道巷過斷層期間，采取了合理有效的施工工藝、支護(hù)工藝以及安全管理措施，有效解決了巷道過斷層時(shí)頂板破碎支護(hù)困難、頂板難以預(yù)留等技術(shù)難題，提高了施工巷道掘進(jìn)效率，保證了巷道過斷層期間頂板穩(wěn)定性，確保了煤礦安全生產(chǎn)，取得了顯著的效益。