順槽掘進提前過斷層施工方法在增加工作面可采儲量中的應(yīng)用

張 騰 趙啟生 時 君

（山東濟寧礦業(yè)集團有限公司安居煤礦，山東 濟寧 272100）

1 概述

安居煤礦隸屬于濟寧礦業(yè)集團有限公司，為地方國有企業(yè)。安居煤礦屬地質(zhì)條件復(fù)雜礦井，主采煤層為3上煤，煤層賦存-820m～1800m，一采區(qū)實際揭露煤層平均厚2.5m。礦井自投產(chǎn)以來，井下開拓布局受構(gòu)造影響較大[1]，采掘中揭露大中小型斷層層出不窮，嚴重影響了礦井的安全生產(chǎn)。復(fù)雜的地質(zhì)條件導(dǎo)致某些工作面在掘進時不得不穿過落差6～15m 左右的中型斷層，而回采時為避免大面積割矸，又必須重新開切眼搬家，增加了現(xiàn)場工作量，同時造成了斷層附近較大面積儲量損失。

目前，國內(nèi)常采用的過中小型斷層技術(shù)方法有：后退挑頂法和后退臥底法[2]，即在掘進迎頭揭露斷層斷面后探明斷層產(chǎn)狀，然后后退挑頂或臥底掘進過斷層找煤。

地質(zhì)技術(shù)人員通過分析斷層延伸規(guī)律，科學(xué)合理預(yù)測、超前探明斷層產(chǎn)狀并在揭露斷層前提前變坡過斷層，可以使掘進過程盡可能施工硬度較小的煤層頂板，減少斷層破碎帶揭露寬度，在保證施工安全和提高掘進效率的同時，最大限度減少斷層造成的煤炭資源儲量的浪費。

2 預(yù)測斷層延伸情況及檢驗方法

2.1 預(yù)測手段

斷層是影響安居礦井開采最主要的地質(zhì)構(gòu)造。經(jīng)過三維地震勘探精細化解釋后的采區(qū)，一般對于落差15m 以上的斷層大部分能夠查明，設(shè)計階段一般將其作為采區(qū)邊界等排除在工作面之外，基本不會影響工作面回采。由于三維物探精度問題，順槽掘進時經(jīng)常出現(xiàn)一些落差6～15m 左右的中型斷層，往往會對采掘造成較大影響。

地質(zhì)技術(shù)人員通過總結(jié)日常地質(zhì)工作規(guī)律，發(fā)現(xiàn)斷層的延伸長度與落差基本成正比例關(guān)系，即落差大的斷層延伸距離一般較長，落差小的延伸較短[3]。由此可以根據(jù)對大量實際揭露斷層的延伸長度統(tǒng)計分析，求出比例系數(shù)K（如表1 所示）。

式中：

L-斷層延伸長度，m；

H-斷層落差，m。

經(jīng)統(tǒng)計計算得出K值一般取34 ～60，平均48，該值可以作為斷層延伸長度的計算標準。

表1 斷層延伸規(guī)律圖

2.2 檢驗方法

利用上述方法可以預(yù)測斷層的延伸情況，一般采用的方法是結(jié)合三維物探資料及相鄰巷道已揭露斷層走向進行分析，定位一個小的范圍（比如預(yù)計XX 導(dǎo)線點前50～70m 將發(fā)育該斷層），當掘進靠近該范圍時，提前利用鉆探手段進行驗證，從而可以提前查清迎頭前方斷層產(chǎn)狀。

3 提前過斷層方法適用斷層需具備的條件

根據(jù)分析認為當符合以下三個條件時，可以通過提前過斷層來實現(xiàn)工作面的增產(chǎn)增效。

（1）斷層走向與兩順槽有較小夾角（一般10～35°）。

（2）斷層落差在6～15m，回采時必定會出現(xiàn)大面積割矸，回采時必須移架搬家。

（3）經(jīng)過地質(zhì)技術(shù)人員的初步預(yù)測，并利用鉆探手段驗證，斷層在前方的發(fā)育情況已經(jīng)掌握。

4 提前過斷層與揭露斷層面后過斷層效果對比

以安居煤礦1304 工作面皮帶順槽掘進過A76斷層為例，軌道順槽先開門掘進施工，掘進過程中已揭露A76 斷層（落差約8m），皮帶順槽掘進比較滯后。根據(jù)斷層延伸規(guī)律，預(yù)計該斷層一般延伸48×8=384m，因此預(yù)計皮帶順槽將揭露該斷層。采用傳統(tǒng)的方式即揭露斷層斷面后過斷層時，其平面圖及施工剖面圖如圖1、圖2 所示。

圖1 揭露斷層后起坡施工預(yù)想平面圖

圖2 揭露斷層后起坡施工預(yù)想剖面圖

為減少煤炭資源的浪費，在順槽施工至預(yù)計斷層位置提前30m 處暫停掘進，利用鉆機進行超前鉆探。通過鉆探，查清了斷層具體位置及落差（迎頭前25m 為斷層位置，斷層落差約為9m）。

在提前查清斷面位置及落差后，采用提前起坡過斷層的方法，其平面圖及施工剖面圖見圖3、圖4。

圖3 提前起坡過斷層預(yù)想施工平面圖

圖4 提前起坡過斷層施工預(yù)想剖面圖

通過圖3，可以明顯觀察到，采取提前過斷層的施工方式，一是避免了施工硬度較大的煤層底板巖石，提高了掘進效率；二是減少了因煤層揭露斷層帶來的斷層破碎帶范圍，提高了現(xiàn)場施工的安全系數(shù)；三是可以提前揭露斷層下盤的煤層，從而可以將原停采線位置延長約16m。按120m 面寬，2.5m煤厚，1.4t/m3的容重計算，可以將工作面可采儲量增大6720t。按煤價600 元/噸計算，企業(yè)可直接增收403 萬元，經(jīng)濟效益十分可觀，并能在一定程度上緩解礦井接續(xù)緊張。

5 總結(jié)

通過科學(xué)合理的預(yù)測預(yù)報手段及鉆探驗證方法，提前查清掘進迎頭前方的斷層產(chǎn)狀，在順槽掘進中提前變坡過斷層，使掘進盡可能施工硬度較小的煤層頂板巖石，在保證施工安全和提高掘進效率的同時，最大限度減少斷層造成的儲量損失，為企業(yè)增收數(shù)百萬元，又能適當緩解礦井接續(xù)緊張。