綜掘工作面快速高效過(guò)斷層技術(shù)研究

詹天宇

（山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)泉 045008）

在煤礦巷道進(jìn)行掘進(jìn)過(guò)程中，因?yàn)闃?gòu)造應(yīng)力對(duì)巷道所產(chǎn)生的影響，就會(huì)使頂板圍巖發(fā)生破碎，容易造成煤巖巷有冒頂事故發(fā)生，導(dǎo)致?lián)p失比較嚴(yán)重。以此為基礎(chǔ)，華陽(yáng)集團(tuán)某礦通過(guò)選取錨網(wǎng)索復(fù)合支護(hù)來(lái)補(bǔ)強(qiáng)頂板，并經(jīng)過(guò)化學(xué)藥劑的注射而將頂板所存在的支撐力與完整性提高，降低巷道圍巖受構(gòu)造應(yīng)力所帶來(lái)的擠壓的影響，進(jìn)而保證掘進(jìn)過(guò)程中的施工安全與工程質(zhì)量[1]。

1 簡(jiǎn)述工程狀況

華陽(yáng)集團(tuán)某礦2802 運(yùn)輸巷即為2802 綜采工作面進(jìn)行回采過(guò)程中的運(yùn)輸巷道，將斷面設(shè)計(jì)成矩形，設(shè)計(jì)的凈高、凈寬、凈斷面積分別是3.8m、5.4m、20.52m2。將錨網(wǎng)索復(fù)合支護(hù)的方式使用到巷道中，在掘進(jìn)巷道時(shí)，會(huì)使用綜掘機(jī)，且綜掘機(jī)的型號(hào)是EBZ-260，該型號(hào)綜掘機(jī)的掘進(jìn)方向與煤層底板的相同，巷道方位設(shè)計(jì)成270°，整個(gè)煤層傾角是7°～9°。

在探查礦井井田區(qū)域中的異常的構(gòu)造時(shí)，可以使用三維地震勘探來(lái)進(jìn)行，得知，2802 工作面中的400m位置處有斷層發(fā)生。掘進(jìn)2802運(yùn)輸巷，并掘進(jìn)到400m時(shí)，在對(duì)超前地質(zhì)進(jìn)行施工之后，再驗(yàn)證探查其構(gòu)造體是否真實(shí)，得知，在鉆孔之前的30m 都是煤層，鉆孔后30m 的會(huì)見(jiàn)巖，且角度不同，在穿巖過(guò)程中，不同程度地提升了鉆機(jī)系統(tǒng)的壓力，說(shuō)明在鉆進(jìn)過(guò)程中會(huì)遇到不同的巖性，會(huì)遇到砂巖、泥巖，砂巖的質(zhì)地比較硬，泥巖的硬度比較小，這就體現(xiàn)了斷層沒(méi)有相同的落差。該斷層會(huì)影響巷道的掘進(jìn)，經(jīng)過(guò)對(duì)探查鉆孔進(jìn)行施工，未有水從孔中冒出，導(dǎo)水性不明顯，在掘進(jìn)過(guò)程中，構(gòu)造體會(huì)影響頂板，煤層是較為松軟的，頂板破碎，不易支護(hù)。

2 分析快速綜掘技術(shù)與過(guò)破碎帶過(guò)程內(nèi)的頂?shù)装逯ёo(hù)技術(shù)

2.1 分析快速綜掘技術(shù)

當(dāng)2802運(yùn)輸巷過(guò)斷層過(guò)程中，首先要煤巷掘進(jìn)，然后掘進(jìn)到巖巷，再將缺少的煤層找到，然后順著煤層進(jìn)行施工，直至斷層出現(xiàn)，第二次從巖巷進(jìn)到煤層，過(guò)斷層的次數(shù)一共是2次，這個(gè)過(guò)程中，在綜掘機(jī)靠近斷層面時(shí)，由于原始地應(yīng)力的影響，該區(qū)域煤巖體是松軟易破碎的。在從煤層位置進(jìn)到巖巷時(shí)，綜掘機(jī)需臥底下切，這樣會(huì)影響綜掘機(jī)底板所具有的支撐力；在綜掘機(jī)從巖巷再次進(jìn)到煤巷時(shí)需要挑頂上山，不易頂板支護(hù)，而且不管挑頂還是臥底，均將綜掘施工的工程量增加了，限制了綜掘進(jìn)度。為了使綜掘機(jī)掘進(jìn)坡度最大在12°以下及最佳工程設(shè)計(jì)的要求得以滿足，可以此為參考來(lái)對(duì)巷道施工坡度進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖1就是綜掘機(jī)過(guò)斷層剖面圖。

圖1 綜掘機(jī)過(guò)斷層剖面圖

為了防止綜掘機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中遇到的巖層的質(zhì)地比較硬，而嚴(yán)重磨損截割頭的截齒，及在破巖過(guò)程中增加了截割搖臂的負(fù)荷，而使綜掘機(jī)長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)所損壞的設(shè)備減少，應(yīng)按照超前探鉆孔來(lái)將資料揭露，提前將巷道坡度設(shè)計(jì)好，將掘進(jìn)過(guò)程中設(shè)備的維修加強(qiáng)，保證運(yùn)行[2]。

2.2 分析過(guò)破碎帶過(guò)程內(nèi)的頂?shù)装逯ёo(hù)技術(shù)

當(dāng)2802 運(yùn)輸巷進(jìn)行過(guò)構(gòu)造過(guò)程中，因?yàn)轫敯鍑鷰r發(fā)生破碎，降低了整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，一般的支護(hù)方式無(wú)法補(bǔ)強(qiáng)頂板，所以就使用鋼帶+錨桿索掛網(wǎng)復(fù)合支護(hù)方式來(lái)取代一般支護(hù)。所使用的頂錨桿的規(guī)格是BHRB-335/?20mm×2500mm，且是高強(qiáng)度正旋錨桿，依據(jù)五花眼方式來(lái)對(duì)施工進(jìn)行布置，將間排距設(shè)計(jì)成1000mm×1000mm，將錨桿補(bǔ)打到與幫距離250mm 的位置，數(shù)量是1根，使用錨固劑來(lái)進(jìn)行錨固，錨固劑型號(hào)分別是CKB2340、22388，錨固外段的是22388，錨固孔底的是CKB2340，提高錨固速度；將錨桿布置到幫部，且錨桿布置依據(jù)的三花眼方式，設(shè)計(jì)間排距是1200mm×1200mm；將頂板錨按照三花眼方式來(lái)進(jìn)行布置，使用鋼絞線，且鋼絞線的型號(hào)是?21.6mm×7200mm，設(shè)計(jì)的間排距是1200mm×2000mm，在對(duì)錨索與錨桿施工時(shí)，二者一定要插花間隔的進(jìn)行，防止頂板穿孔，將懸吊錨固的成效降低。

在完成頂幫錨索、錨桿之后，會(huì)選用規(guī)格是300mm×300mm×16mm 的錨索托盤，且該型號(hào)錨索托盤是可調(diào)心的、高強(qiáng)度的。在結(jié)束錨桿的打設(shè)之后，會(huì)選用錨桿托盤墊片和“W”型鋼帶來(lái)復(fù)合加固，“W”型鋼帶的長(zhǎng)與寬分別是4200m、280mm，“W”型鋼帶的中心與兩側(cè)孔之間的距離是1m，1 條鋼帶上一共可以施工的錨桿是5 孔，會(huì)與尼龍墊片與調(diào)心球墊配套著使用，最大程度降低摩擦阻力。

錨索要和MX形鎖具支護(hù)、調(diào)心托盤配套著使用，選用的調(diào)心托盤的規(guī)格是300mm×300mm×16mm；將規(guī)格是100mm×100mm 的金屬網(wǎng)掛設(shè)到頂幫，且金屬網(wǎng)是片狀菱形的，將該鋼絲網(wǎng)進(jìn)行搭接，進(jìn)而聯(lián)網(wǎng)，使每張網(wǎng)的規(guī)格都是1100mm×2200mm，基于錨網(wǎng)索綜合支護(hù)，能夠有效避免過(guò)構(gòu)造過(guò)程中漏巖片幫面積較大而導(dǎo)致發(fā)生網(wǎng)兜問(wèn)題。在掘進(jìn)過(guò)程中，可對(duì)鉆孔超前施工，將馬麗散加注到破碎的頂幫中，進(jìn)而使破碎頂板更加粘接，使整體更加完整，有利于施工頂板支護(hù)。圖2就是過(guò)構(gòu)造期間頂幫支護(hù)圖。

圖2 過(guò)構(gòu)造期間頂幫支護(hù)

3 分析頂板支護(hù)效果下的圍巖形變

當(dāng)2802 運(yùn)輸巷掘進(jìn)過(guò)構(gòu)造過(guò)程中，為了對(duì)巷道圍巖在使用措施之后的形變與應(yīng)力效果進(jìn)行分析，可以從幫部位移、監(jiān)測(cè)錨桿的受力變化及頂板移近量等方面來(lái)進(jìn)行，在上述方面中，最直觀的觀測(cè)的就是頂幫位移移近量。所以，將監(jiān)測(cè)布置到巷道掘進(jìn)過(guò)構(gòu)造之前與之后的30m區(qū)域中的應(yīng)力集中范圍中。為了更好地對(duì)使用措施之前與之后的支護(hù)成效進(jìn)行觀測(cè)，可以在未過(guò)構(gòu)造之前的30m 區(qū)域中布置測(cè)點(diǎn)，共布置2 個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別為測(cè)站1、測(cè)站2,2 個(gè)測(cè)點(diǎn)的距離是15m，在過(guò)構(gòu)造之后也設(shè)置2個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別是測(cè)站3、測(cè)站4。將頂板離層儀布設(shè)安裝到測(cè)站上，頂板離層儀的布設(shè)會(huì)依據(jù)巷道的不斷掘進(jìn)來(lái)進(jìn)行，安裝與布設(shè)不可同時(shí)進(jìn)行，布設(shè)要先于安裝5m，依次將4個(gè)測(cè)站進(jìn)行安裝，在結(jié)束安裝之后，將15d作為1個(gè)觀察周期，得出了如圖3所示的巷道移近量圖。

圖3 巷道移近量

通過(guò)分析圖3發(fā)現(xiàn)：測(cè)站1 說(shuō)明在掘進(jìn)過(guò)程中，自布置至觀測(cè)周期中頂板移近量無(wú)較大波動(dòng)，比較平緩，由于動(dòng)壓所產(chǎn)生的影響，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，頂板移近量逐漸走向穩(wěn)定，直至接近300mm,并持續(xù)了較長(zhǎng)時(shí)間，這就體現(xiàn)了頂板下沉比較緩慢，在下沉至受力平衡時(shí)停止下沉；測(cè)站2因?yàn)榕c斷層面的距離比較近，由于綜掘機(jī)的不斷推進(jìn)，距離構(gòu)造區(qū)域越近應(yīng)力就更集中，頂板位移在剛開始安裝時(shí)的移近比較緩慢，從開始到第3d 移近量就從375mm 下降到了323mm，可在第3d 至第5d，移近量就變緩了，變化至136mm，進(jìn)而逐漸走向穩(wěn)定[3]；測(cè)站3 最高的頂板位移量是571mm，頂板位移量從第1d 開始快速下降，一直下降至第7d，下降速度減緩，頂板位移量變?yōu)?2mm，繼而逐漸穩(wěn)定；由于測(cè)站4 與斷層面的距離比較遠(yuǎn)，那么整個(gè)變化周期不長(zhǎng)，基本在5d 之內(nèi)就逐漸穩(wěn)定了，移近量也逐漸平緩。這就說(shuō)明構(gòu)造區(qū)域所影響的范圍中的動(dòng)壓持續(xù)的時(shí)間不短，應(yīng)力比較集中，就造成頂幫移近量快速改變，可在使用復(fù)合支護(hù)進(jìn)行加固之后，測(cè)站1 可以增長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間，增長(zhǎng)到15d左右，可加固之后，測(cè)站4與測(cè)站3在短時(shí)間內(nèi)就能受力平衡，可以對(duì)頂板下沉進(jìn)行很好的控制，降低移近量，很好地控制了巷道變形[4]。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）當(dāng)綜掘巷道過(guò)構(gòu)造帶范圍時(shí)，作用到巷道兩側(cè)的應(yīng)力是最集中的，最不易頂幫支護(hù)的，需要避免突然釋放應(yīng)力而發(fā)生來(lái)壓、冒頂事故，防止由于工程質(zhì)量達(dá)不到合格標(biāo)準(zhǔn)而發(fā)生事故。

（2）經(jīng)過(guò)未過(guò)構(gòu)造之前提早注漿來(lái)將超前支護(hù)加固，選取錨網(wǎng)索復(fù)合方式來(lái)將頂幫加固，這樣不但可以支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)頂板，還能夠?qū)⑦^(guò)構(gòu)造過(guò)程中釋放應(yīng)力而造成的巷道變形緩解，保證巷道斷面是有效的，降低對(duì)巷道支護(hù)與圍巖所產(chǎn)生的影響。