姚橋礦煤巷綜掘工作面過斷層技術

張昭田

（中煤集團大屯煤電公司 姚橋煤礦，江蘇 沛縣221600）

斷層及其破碎帶是巷道開挖過程中常見的異常地質現象，斷層破碎帶作為一個低強度、易變形、透水性大、抗水性差的軟弱帶存在，與其兩側巖體在物理力學特性上具有顯著的差異〔1－3〕。巷道穿越斷層破碎帶地段時，地質條件具有復雜性和突變性，煤層頂板及巷道圍巖變形的空間分布受斷層控制作用明顯，依靠常規的巷道支護技術和施工方法很難克服開挖期的冒頂、突水等地質災害和運行期大變形引起的支護結構破裂失穩〔4－6〕。因此，除了遵守一般技術要求外，還應采取針對性較強的輔助方法。

1 工程概況

姚橋煤礦7502B綜采放頂煤工作面地表為山東省微山縣昭陽湖區。該工作面東為7501工作面，西為7504采空區，北為7502采空區，南為－200m集運巷。地面標高＋31.82m～＋32.34m，工作面標高為－174m～－263 m，工作面內揭露斷層2條，為北東向斷層f185∠65°H＝1.5m和f128∠65°H＝3.3m，對回采有一定影響。該工作面水文地質條件簡單，下部為采空區，主要充水源為7＃煤層頂板砂巖裂隙水，預計工作面正常涌水量5m3／h，最大涌水量8m3／h。

7502 B運輸順槽最低點埋深312m，沿7＃煤層底板掘進，設計全長為273m。巷道掘進過程中會遇到f128斷層，落差約為3.3m。

2 巷道掘進方式

采用掘進機施工，EBZ160掘進機破煤巖，正常情況下掘進循環進度為2000mm，當頂板破碎、淋水、穿煤層或過斷層時，循環進度縮小為1000mm。切割深度為500mm，切割厚度取400～500mm，以防出現大塊，不利于裝載。

掏槽位置位于工作面左下部，開始時掘進機緊靠下幫行走，切割頭空載運轉逐步靠近煤壁，待切割頭切入工作面煤壁一定深度（一般為500mm）后，落下掘進機鏟板和穩定器，完成掏槽作業。巷道正常段及地質異常段切割路線見圖1、圖2。

層位控制：7502B溜子道掘至9號點前約60m后探斷層位置，探明后根據現場煤層傾角大小確定施工坡度，確保掘至斷層處巷道上幫沿頂掘進，過完斷層f218后追至7＃煤底板后沿7＃煤底板掘進。

3 巷道支護方式

圖1 巷道正常段切割路線

圖2 地質異常段切割路線

3.1 地質正常段

頂板狀況較好采用錨網索支護（見圖3）。錨網（索）臨時支護形式采用3根4000mm長Φ50mm厚壁鋼管、通過專用吊環基于支護頂錨桿的插桿懸臂式超前梁。

圖3 巷道正常段斷面支護

巷道頂板頂錨桿采用 MG20／2000／500／20的螺紋鋼錨桿，托盤TPGF130／30／G／30×8／350支護，采用 MQT－120J型風動錨桿機鉆孔，并實現鉆孔、安裝錨桿、攪拌藥卷、擰緊錨桿快速安裝工藝；兩幫采用 MG20／2000／500／20的螺紋鋼錨桿，托盤 TPGF130／30／G／30×8／350支護，采用ZM－90－I型手持式風煤鉆鉆孔，頂、幫每根錨桿均采用一根MSCK／23／60錨固劑實現端頭錨固。

頂網鋪設點焊網 WH4400×1100／60×60／4.5／780，兩幫鋪設金屬菱形網 WL3000×1200／70×50／3／300。巷道打錨索加強支護，錨索規格SKL17.8／1×6／7200／1200／1860／7，每排2根，間排距1800mm×3000mm。托盤采用TPGF160／30／G／30×10／350。錨索采用 MQT－120風動錨桿機鉆眼、安裝，每眼使用2塊MSCK／23／60樹脂藥卷。錨索初張拉力2～3t。

3.2 地質異常段

頂板破碎采用錨架聯合支護（見圖4）。錨架聯合支護臨時支護形式采用3根4000mm長螺紋鋼、通過專用掛鉤基于架好的棚梁上方的插桿懸臂式超前梁。

圖4 地質異常段斷面支護

架棚棚距為1000mm，架棚緊跟迎頭，如頂、幫破碎壓力較大時棚距及時縮小為800mm，架棚下扎為500mm，背板數量要足夠，頂部為6塊，幫為4塊，每側一拉勾兩木撐齊全且順直，木楔打緊。

及時進行聯鎖，在棚梁下700mm處各連一道，棚梁中間連鎖一道。

過斷層要視斷層處的煤體情況，當煤體不好時，及時縮小循環距離，一排一割一錨一架棚子緊跟迎頭，且先割窄距，后割寬距，使懸頂時間最短。

4 穿煤層施工措施

（1）巷道過斷層及穿煤時，若圍巖松軟，頂板破碎，循環進度不超過1000mm，斷面分次切割，分次支護，減小空頂時間、斷面。

（2）錨索間排距由原來的2400×3000mm改為2400×2000mm，縮小錨索排距。

（3）當巷道頂板破碎留不住頂時要采取超前支護措施，每支護兩排錨桿打一次超前支護，超前支護錨桿間距不小于300mm。

（4）必要時采取錨架聯合支護，架棚緊跟迎頭。

（5）加強錨桿支護錨固力的檢測，保證支護強度，對錨固力不足的錨桿及時進行整改，確保頂板安全。

5 防冒頂措施

（1）堅持正規作業循環，嚴格執行敲幫問頂制度；正確使用臨時支護設施，嚴禁空頂作業。

（2）永久支護緊跟掘進迎頭，堅持“一掘一錨”支護方式，永久支護頂錨桿最大控頂距2400mm，最小控頂距400 mm，當煤層松軟破碎時，應及時增打排間護頂、幫錨桿或縮小永久支護的錨桿排距。

（3）在斷層破碎段采用錨架聯合支護時，永久支護緊跟掘進迎頭，堅持“一掘一錨一架”支護方式，循環進尺1000mm，架棚支護緊跟迎頭。套棚施工時，梯形棚支護最多滯后錨網索支護4排距離，錨架聯合支護段改變支護時起、終點5棚基本支架必須用專用抬棚卡連鎖。

（4）實行錨網支護頂板離層監測，每隔40±5m在巷道正中安裝一個頂板離層儀，在巷幫懸掛統一制作的離層儀安裝、觀測牌板，并定期進行頂板離層觀測，發現頂板離層超過臨界值，必須及時采取加強支護措施，頂板離層儀滯后掘進迎頭的距離不大于60m。

6 結語

（1）礦壓觀測結果表明，對于斷層破碎帶采用超長螺紋鋼錨桿臨時支護、改變巷道斷面參數及“錨網索＋架棚”聯合支護技術，巷道頂板壓力顯現不顯著，巷道掘進期間無頂板冒落現象，在現場應用效果良好。

（2）斷層破碎帶處，采用超長螺紋鋼錨桿臨時支護、“錨網索＋架棚”聯合支護作永久支護，巷道維護效果好。據現場觀測數據，頂底板最大相對移近量為58.7mm，兩幫相對移近量最大為121.4mm，均在控制范圍內。

〔1〕鄒光華，張鳳巖，宋彥波.巷道過含水斷層破碎帶的注漿加固技術〔J〕.煤炭科學技術，2010（6）：50－53.

〔2〕晁建偉，余同勇，韋四江.回采巷道過斷層頂板破壞特征研究〔J〕.礦業安全與環保，2009（2）：13－15，92.

〔3〕堯 軍，孫光中，晁建偉.過斷層巷道頂板應力分布規律的數值模擬研究〔J〕.礦業快報，2007（11）：14－16.

〔4〕蔡東紅，吳義泉，郜錦柱.斷層應力影響區巷道支護技術與實踐〔J〕.煤炭工程，2009（2）：41－43.

〔5〕劉泉聲，等.斷層破碎帶大斷面巷道的安全監控與穩定性分析〔J〕.巖石力學與工程學報，2010（10）：1954－1962.

〔6〕勾攀峰，胡有光.斷層附近回采巷道頂板巖層運動特征研究〔J〕.采礦與安全工程學報，2006（3）：285－288.