掘進(jìn)巷道過斷層構(gòu)造地區(qū)施工技術(shù)研究

王 澤

（山西宏廈第一建設(shè)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045008）

我國(guó)煤炭資源分布廣泛，各類地質(zhì)條件的煤層均有賦存，大多數(shù)礦井在開采過程中，經(jīng)常會(huì)遇到斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造。在這些地質(zhì)構(gòu)造分布地區(qū)煤體往往比較破碎，工作面回采巷道掘進(jìn)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)冒頂?shù)痊F(xiàn)象，對(duì)巷道的掘進(jìn)效率產(chǎn)生較大影響[1-3]。為提高巷道掘進(jìn)效率，改善巷道圍巖的穩(wěn)定性，有必要對(duì)巷道掘進(jìn)過斷層施工技術(shù)與頂板控制措施進(jìn)行研究[4-6]。本文以山西溫莊煤礦21505工作面巷道地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，對(duì)巷道掘進(jìn)過斷層施工技術(shù)與頂板控制措施進(jìn)行了研究，研究結(jié)果對(duì)相同條件巷道具有一定的參考意義。

1 工程概況

山西溫莊煤礦21505工作面為東盤區(qū)綜放工作面，工作面主采煤層為5#煤，煤層的厚度平均達(dá)到12m，傾角平均為2°，煤層賦存較為復(fù)雜，含有多層夾矸。工作面回風(fēng)巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1480m，巷道斷面為矩形，寬×高=5.2m×3.5m，沿煤層底板進(jìn)行掘進(jìn)。21505回風(fēng)巷地質(zhì)條件較為復(fù)雜，根據(jù)地質(zhì)資料，在巷道掘進(jìn)范圍內(nèi)揭露有3條斷層構(gòu)造，如表1所示?；仫L(fēng)巷掘進(jìn)過F1與F2斷層時(shí)，局部會(huì)遇到煌斑巖頂板，由于煌斑巖強(qiáng)度較大，巷道掘進(jìn)較為困難，并且經(jīng)常遇到設(shè)備損壞現(xiàn)象，導(dǎo)致巷道掘進(jìn)成本增加，巷道掘進(jìn)效率低。

表1 斷層分布情況

2 掘進(jìn)過斷層工藝設(shè)計(jì)

為了提高巷道過斷層掘進(jìn)效率，減少設(shè)備損壞等情況的出現(xiàn)，提出采用松動(dòng)爆破的工藝方法來通過斷層。以F3斷層條件為基礎(chǔ)，具體工藝設(shè)計(jì)如下：

（1）根據(jù)F3斷層條件，巷道掘進(jìn)過斷層需要采用下山掘進(jìn)的方法。為了防止掘進(jìn)中設(shè)備的下滑，提高巷道掘進(jìn)矸石的運(yùn)輸效率，21505回風(fēng)巷下山掘進(jìn)時(shí)的角度調(diào)整為5°，當(dāng)掘進(jìn)頭與F3斷層的上盤巖層距離約為15m時(shí)停止掘進(jìn)，如圖1所示。

（2）由于巷道掘進(jìn)即將揭露斷層，此時(shí)在掘進(jìn)頭布置松動(dòng)爆破孔，炮孔共布置3排，每排布置4個(gè)炮孔，炮孔的間排距為1.2m×1.0m。其中靠近頂板的炮孔與頂板距離為0.7m，靠近底板的炮孔與底板距離為0.8m，靠近巷幫炮孔與幫壁距離為0.8m。所有炮孔深度為1.0m，炮孔直徑設(shè)計(jì)為42mm，與水平夾角為5°向上傾斜布置。炮孔布置如圖2所示。

（3）掘進(jìn)端頭的松動(dòng)爆破孔施工完畢后，對(duì)所有鉆孔進(jìn)行裝藥。炸藥選用乳化炸藥，每個(gè)炮孔裝設(shè)一支炸藥，裝藥量為300g，雷管選用毫秒延期電雷管。雷管與炸藥裝設(shè)完畢后進(jìn)行封孔，封孔長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為0.5m。每次進(jìn)行爆破的鉆孔不能多于5個(gè)。

（4）在爆破后，對(duì)斷面進(jìn)行修整，直到斷面符合設(shè)計(jì)斷面大小，及時(shí)對(duì)巷道圍巖進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)完畢后按照上述過程依次循環(huán)施工。

（5）當(dāng)巷道掘進(jìn)通過斷層斷面后，巷道掘進(jìn)角度調(diào)整到原掘進(jìn)角度，與煤層底板平行掘進(jìn)。

圖1 巷道過斷層示意圖

圖2 爆破鉆孔布置圖

3 過斷層頂板控制措施

由于巷道掘進(jìn)過斷層采用下山掘進(jìn)的方法，因此掘進(jìn)過程中會(huì)出現(xiàn)一段留頂煤的區(qū)域，所留頂煤的最大厚度約為1.4m。由于頂煤較為破碎，并且穩(wěn)定性差，為了保證巷道掘進(jìn)過斷層的高效性與安全性，提出采用注漿+交錯(cuò)密集鋼帶+架棚聯(lián)合支護(hù)措施來控制頂板。

3.1 注漿支護(hù)

巷道掘進(jìn)至與斷層距離約為10m時(shí)，在頂板施工一排注漿鉆孔，鉆孔的深度為3m，鉆孔的間距為2m，與頂板的夾角為45°，向上傾斜打孔。為提高頂煤的整體強(qiáng)度，注漿材料選擇為馬林散，馬林散與催化劑比例設(shè)計(jì)為1:1，采用高壓注漿泵進(jìn)行注漿，注漿時(shí)泵的壓力不得小于1.5MPa。注漿過程中若頂煤有漿液滲出的情況應(yīng)停止注漿，此時(shí)表明漿液已充分與煤體接觸。當(dāng)?shù)谝慌抛{孔注漿完畢后對(duì)巷道進(jìn)行掘進(jìn)，掘進(jìn)2.5m后繼續(xù)施工第二排注漿鉆孔并按照上述流程循環(huán)下去，直到巷道掘進(jìn)頭揭露斷層的上盤巖層。

3.2 密集鋼帶支護(hù)

由于頂煤的破碎程度較高，巷道掘進(jìn)中極易出現(xiàn)大面積冒落現(xiàn)象，因此提出采用交錯(cuò)密集的JW鋼帶對(duì)頂煤進(jìn)行支護(hù)。

圖3 鋼帶支護(hù)示意圖

21505回風(fēng)巷頂板JW型鋼帶采用橫縱交錯(cuò)的布置方式。其中，橫向布置的鋼帶長(zhǎng)度為3.8m，寬度為0.28m，每根鋼帶上配套5根錨桿，錨桿采用長(zhǎng)為3m、直徑為22mm的螺紋鋼錨桿，錨桿的間距設(shè)計(jì)為0.9m，每根鋼帶的間距設(shè)計(jì)為1m。在橫向鋼帶布置完成后開始施工縱向鋼帶，縱向鋼帶采用交錯(cuò)布置方式，鋼帶長(zhǎng)度為2.5m，寬度為0.28m，每根鋼帶上需焊制3個(gè)孔，孔分別與橫向鋼帶上的錨桿相接，縱向鋼帶與橫向鋼帶垂直布置，如圖3所示。

3.3 架棚支護(hù)

為進(jìn)一步提高頂煤的完整性，除上述措施外，加入工字鋼棚對(duì)巷道頂板進(jìn)行支護(hù)。鋼棚型號(hào)采用11#工字鋼，斷面大小寬×高=4.6m×3.5m，鋼棚之間的距離設(shè)計(jì)為1.0m，在鋼棚之間需加設(shè)連接桿，保證所有鋼棚的穩(wěn)定性。鋼棚架設(shè)完畢后，在鋼棚與巷道表面之間的空隙中加入水泥背板，背板長(zhǎng)度為1.2m，寬度為0.3m。

3.4 效果分析

在采取上述的過斷層技術(shù)措施后，21505回風(fēng)巷掘進(jìn)效率有了明顯的提升。由于采用松動(dòng)爆破掘進(jìn)的方法，巷道掘進(jìn)切割巖石量有了顯著的降低，可避免掘進(jìn)設(shè)備的損耗。本次通過F3斷層用時(shí)3d，巷道的掘進(jìn)速度為5.8m/d，掘進(jìn)速度有了明顯的提升，并且巷道在掘進(jìn)過程中未出現(xiàn)冒頂?shù)默F(xiàn)象，頂煤完整性較好，表明該頂板控制措施起到了較好的加固效果。

4 結(jié)論

以山西溫莊煤礦21505工作面回風(fēng)巷地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，對(duì)掘進(jìn)巷道過斷層技術(shù)與頂板控制措施進(jìn)行了研究，提出采用松動(dòng)爆破的方法通過斷層的技術(shù)方案，并提出采用注漿+交錯(cuò)密集鋼帶+架棚聯(lián)合支護(hù)措施來控制頂板。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐結(jié)果，巷道過斷層掘進(jìn)效率有了明顯的提升，并且過斷層期間無冒頂?shù)惹闆r出現(xiàn)，該方案具有較好的應(yīng)用效果。