松動爆破在綜掘煤巷快速過斷層的應用

王義平

（山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦，山西 呂梁 033102）

斷層是巷道掘進過程中常見的地質(zhì)構造，斷層侵入造成煤巖體空間上錯位、不連續(xù)，不僅降低了采掘作業(yè)效率，增加了過斷層期間的破巖量，而且受斷層應力影響，斷層附近巖體破碎，易出現(xiàn)頂板垮落、煤壁片幫等。所以過斷層時根據(jù)斷層特征采取合適的過斷層施工工藝以及支護工藝對巷道安全、高效掘進具有顯著的作用。本文以店坪煤礦2062巷掘進過F4斷層為例，對快速過斷層施工工藝以及圍巖控制進行探討[1-5]。

1 概述

山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦2062巷布置在井田二采區(qū)東部，巷道從830 m水平大巷開口，東西走向布置，巷道北側為204采空區(qū)，西部為南翼回風巷，南部為實煤區(qū)，東部為井田邊界。2062巷設計長度1724 m，巷道為矩形斷面，寬度為4.2 m，高度為3.1 m，巷道掘進煤層為9#煤層。9#煤層位于太原組中部，煤層平均厚度為3.1 m，平均傾角為3°，煤層頂?shù)装鍘r性見表1。

表1 9#煤層頂?shù)装鍘r性表

2062巷地質(zhì)資料顯示，2062巷掘進區(qū)域地質(zhì)構造單一，主要以中小型斷層為主。其中，位于巷道940 m處的F4正斷層落差最大，為2.0 m，傾角為52°，對巷道掘進施工影響較大，其他斷層平均落差在0.8 m以下，對巷道掘進影響較小。

2062巷掘進至910 m處時，對巷道迎頭施工三個鉆孔（1#、2#、3#），鉆孔施工在距底板1.8 m處，鉆孔深度為100 m。其中，1#鉆孔仰角為3°，2#鉆孔仰角為0°，3#鉆孔俯角為3°。通過鉆探結果發(fā)現(xiàn)，位于920 m處存在F4斷層，且掘進側為斷層下盤，斷層上盤處煤體下移，斷層對巷道掘進影響長度為42 m。

2 巷道過斷層施工工藝

2062巷采用EBZ260型掘進機截割，若按原巷道設計坡度掘進，巷道破巖量大，掘進機截割頭磨損嚴重，綜合分析后決定采用俯斜爆破法過斷層。

（1）由于F4斷層侵入后造成上盤煤體下移，如圖1， 2062巷在揭露斷層前以設計坡度下山掘進，下山掘進過程中留下盤頂煤、破底巖。由于留頂煤時煤體穩(wěn)定性差、易垮落，留頂煤期間應對頂煤采取合理的加強支護措施。

圖1 2062巷俯斜掘進剖面示意圖（mm）

（2）2062巷掘進至915 m處（距F4斷層為25 m），巷道以5°下山角進行掘進。下山掘進時需破下盤底板中粒砂巖，由于該巖體單軸抗壓強度為45 MPa，硬度高，采用掘進機破巖難度大、設備損壞嚴重，對巖體區(qū)域采用松動爆破法施工。

（3）巷道在下山掘進時需預留頂煤，由于頂煤穩(wěn)定性差，在前6 m下山掘進時頂煤最大厚度為0.7 m，頂煤很難預留，易出現(xiàn)垮落事故，所以在該區(qū)域掘進時，采用留臺階法掘進，即巷道頂板沿煤層頂板進行掘進，巷道底板按5°俯角下山掘進。

（4）當巷道掘進6.0 m后，在工作面迎頭頂板往下0.7 m處留臺階并對留臺階處頂板采取特殊控制維護，臺階預留后工作面頂?shù)装逡?°俯角繼續(xù)下山掘進。

（5）隨著逐漸揭露斷層上盤煤體，破巖厚度逐漸加大，在破巖厚度小于1.0 m時采用掘進機破巖，當破巖厚度大于1.0 m時采用松動爆破施工工藝，每排施工5個爆破鉆孔，鉆孔深度為1.0 m，鉆孔間距為1.0 m，排距為1.5 m，每個鉆孔內(nèi)填裝一支長度為0.35 m、直徑為30 mm的礦用抗水乳化炸藥。

（6）爆破完成后，采用掘進機清理煤矸。當巷道下山掘進25 m后，且完全揭露斷層上盤煤體頂?shù)装鍟r，調(diào)整巷道掘進坡度，并停止爆破施工，巷道沿斷層上盤煤體頂?shù)装迤叫芯蜻M。

3 過斷層帶頂板支護技術

3.1 留臺階處頂板加強支護

（1）因頂板在留臺階時臺階厚度小、臺階煤體穩(wěn)定性差，臺階預留難度大，決定對臺階5.0 m范圍內(nèi)頂板采取“注漿、超前管棚支護、鋪設鋼筋網(wǎng)以及施工組合錨索”進行加強支護。

（2）留臺階前，先對留臺階設計頂板位置施工一排密集超前管棚支護。管棚支護體長3.5 m，直徑為30 mm，超前管棚支護體布置間距為0.3 m，共計施工兩排，支護體以5°俯角布置。

（3）超前管棚支護施工完后，掘進機單茬掘進深度控制在1.0 m以內(nèi)，掘進后及時對頂板鋪設特制鋼筋網(wǎng)，每片鋼筋長度為4.2 m、寬度為1.2 m，鋼筋網(wǎng)采用直徑為5 mm圓鋼交錯編制而成，鋼筋網(wǎng)搭接處采用14#鉛絲環(huán)環(huán)連接。

（4）鋼筋網(wǎng)鋪設完后，在其5.0 m范圍內(nèi)頂板施工三排組合錨索，每組組合錨索主要由一塊長度及寬度為0.5 m鋼托板以及四根長度為8.3 m、一根長度為10.3 m錨索組成。每排施工三組組合錨索，布置間距×排距=1.6 m×2.0 m，第一組組合錨索施工在距臺階邊緣1.0 m處，如圖2。

圖2 過F4斷層期間巷道頂板支護平面示意圖

3.2 留臺階5.0 m后頂板支護

巷道下山掘進5.0 m后，頂板停止施工超前管棚支護，并將鋼筋網(wǎng)替換為傳統(tǒng)的金屬網(wǎng)，頂板采用“注漿+邁步式組合錨索+梯形鋼棚”聯(lián)合支護。

（1）注漿鉆孔施工在距頂板0.5 m處迎頭煤體上，每排布置3個注漿鉆孔，鉆孔深度為3.0 m，布置間距為1.8 m，鉆孔以45°仰角布置。鉆孔施工后，對煤體內(nèi)采用馬麗散注漿加固。

（2）注漿完成后，巷道掘進時在頂板原永久支護的前提下頂板組合錨索采用“一.二.一”布置方式，組合錨索布置間排距為2.0 m。

（3）頂板組合錨索施工完后在下山巷道架設密集梯形鋼棚，鋼棚主要由頂梁、棚腿、連接拉桿以及卡纜等部分組成。梯形鋼棚架設時棚腿迎山角設置為80°，鋼棚架設間距為1.0 m。鋼棚架設完成后在相鄰兩架鋼棚之間采用三組拉桿進行連接。

4 結語

（1）目前，2062巷已掘進至990 m處，通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)F4斷層對巷道實際影響長度為44 m，與鉆探結果基本相符。

（2）采取俯斜爆破施工工藝后，避免了掘進機直接破底巖時截割電機、截齒等配件損壞，俯斜掘進期間更換6個截齒，未出現(xiàn)截割電機、減速機燒毀現(xiàn)象。

（3）采取聯(lián)合支護措施后，通過15 d現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，巷道在過斷層期間頂板未出現(xiàn)破碎、垮落。在過斷層后8 d范圍內(nèi)構造應力在釋放過程中對斷盤兩側巖體產(chǎn)生蠕動破壞作用，頂板下沉量0.11 m；在8～15 d范圍內(nèi)，頂板蠕動變形現(xiàn)象逐漸減弱。