礦井大斷面巷道機械化掘進過斷層群技術探究

李國平 程鐵軍

（河南能源集團焦煤鑫珠春公司，河南 焦作 454000）

某礦井煤層平均厚7.0 米，通過大采高液壓支架實施回采。有關資料顯示，該礦區(qū)兩個接續(xù)工作面受落差超過17 米的大斷層切割。 并且該礦是大采高重型工作面（7m），要求的巷道斷面大， 巷道掘進及支護等工作具有非常大的難度。 考慮到上述問題，該礦通過改善支護、科學組織等策略，使大斷面巷道機械化掘進快速過大斷層群得以實現(xiàn)， 為該礦健康持續(xù)發(fā)展打下了基礎。

1 斷層、巷道狀況

1.1 斷層群簡介

DF3 斷層：正斷層，傾角69°，落差處于3.1-17.6 米范圍內，延伸超過4.1 公里；經(jīng)預測，斷層和兩個連續(xù)工作面的落差大約為17 米。F31 斷層：為次生斷層，傾角59°，落差處在1.4-5.1 米，延伸超過1.7千米。 兩個斷層近似平行。 別的斷層局部發(fā)育，落差處在1.2-3.0 米范圍內，基本上和上面兩個平行。 斷層面附近裂隙發(fā)育，主要是泥巖、粉砂巖。

1.2 巷道簡介

52306 工作面回風巷、52305 工作面運輸巷斷面形狀及支護見下圖。

圖1 斷面形狀及支護示意圖（mm）

運輸巷與回風巷在正常段掘進過程中，都順著煤層底板的方向進行，坡度大致為水平；以≤6.0°的坡度進入斷層區(qū)，當?shù)竭_上盤煤層以后依舊順著煤層底板方向掘進。

1.3 巷道和斷層的位置關系

按照鉆孔分析，DF3 斷層群和52305 運輸巷、52306 回風巷成8°角彼此交叉。 在層位上，因每一個斷層都屬于正斷層，所以兩巷道都為先進入斷層下盤后到上盤。

2 施工難點與方案

2.1 主要難點

第一，DF3 斷層落差大，具體地質狀況不明確，同時鉆孔相對較少。 并且DF3、F31 斷層交錯，在巷道掘進向擺動，很難確定掘進變坡位置。 要是過早變坡，那么會使掘進巖石量大幅提高，使得過斷層工期延長；變坡太晚，巷道坡度大，仍然要進行二次拉底，使得掘進工程量有所提高。

第二， 斷層走向和巷道夾角相對較小，52305 工作面運輸巷、52306 工作面回風巷在斷層范圍內掘進距離長。

第三，巷道斷面大，周圍裂隙發(fā)育，頂幫破碎，非常難于進行支護，使得掘進工作中很難進行安全管理。

2.2 施工方案

第一，確定巷道變坡位置與坡度。 （1）按照連采掘進設備爬坡能力與支架搬運車運輸坡度要求，確定爬坡坡度≤6.0°。（2）按照斷層和巷道的交叉點， 并且兼顧割巖量最小， 來確定變坡位置。因DF3 斷層落差大約是17 米，比煤層厚度大，所以交叉點為依據(jù)變坡位置進行確定。按照探巷揭露DF3 斷層狀況，確定坡度5.5°，起坡位置為巷道26 聯(lián)巷中心線向前8m。

第二，生產(chǎn)組織。 為使過斷層群的掘進效率提高，變坡之后，該礦通過兩支掘進隊分別掘進一條巷道，主要通過機械化進行掘進，確保能夠在不利條件下順利掘進，將接續(xù)緊張的問題解決。 為防止兩隊伍上煤過程中彼此影響，再為綜掘隊配備一套膠帶機來上煤， 利用轉載膠帶機與52305 工作面運輸巷膠帶機搭接。 兩隊通過各自的通風機壓入式進行供風。

3 巷道快速過斷層技術

3.1 巷道掘進

第一，連續(xù)采煤機掘進。

（1）割煤：斷層面處于右?guī)蛡葧r，應當首先在左側切槽，再右側采垛；當處在左幫側時，與上面相反。 掘進的時候，首先利用切槽工序掏出掌子頭煤體，增加另一側巖體的自由面，從而使采垛效率有所提高。

（2）裝煤：這一個環(huán)節(jié)主要通過連續(xù)采煤機進行。

（3）運煤：通過梭車進行，梭車把煤傳輸至給料破碎機上，破碎之后傳輸至膠帶輸送機運出。

（4）循環(huán)進度：進入半煤巖巷后，按照施工現(xiàn)場實際的頂幫狀況對循環(huán)進度進行調整，保證其在5 米以下；揭露斷層面后，變成2 米，短掘短支。

第二，綜掘機掘進。

（1）割煤:為降低割巖對器械的影響，過斷層的時候先割下部的煤（沿底板自左而右），接著割上部的，以有效利用掏出的下部空間為上部營造好的條件。 這樣能降低功耗與器械損害，并且還能降低頂板暴露時間。

（2）裝煤：通過綜掘機實現(xiàn)該環(huán)節(jié)。

（3）運煤：綜掘機→防爆自卸工程車→給料破碎機→巷道膠帶機。

（4）循環(huán)進度：按照頂幫穩(wěn)定狀況來確定，當其相對穩(wěn)定時，確定為3 米；當其相對破碎時，確定為2 米或1 米。

3.2 巷道支護

第一，按照對斷層的預測，在斷層和巷道距離大于一百米，頂幫不受斷層影響前提下，通過正常的方法進行支護。 頂板通過“錨桿+鉛絲網(wǎng)+錨索+圓鋼鋼帶”方面進行支護。 正幫通過“玻璃鋼錨桿+塑料網(wǎng)+木托盤”進行支護；負幫通過“圓鋼錨桿+鋼筋網(wǎng)”進行支護。

第二，伴隨不斷掘進，斷層和巷道兩者的距離不斷降低，前者對后者產(chǎn)生的影響不斷增加，頂幫不穩(wěn)定。 在這個時期，利用對支護參數(shù)進行調整的方式提高支護效果。 頂板通過“錨桿+鋼筋網(wǎng)+錨索+W 鋼帶”的方法進行支護。 正幫通過“玻璃鋼錨桿+塑料網(wǎng)+木托盤”進行支護，負幫通過“圓鋼錨桿+鋼筋網(wǎng)+幫錨索+豎向鋼帶”進行支護。

第三，當巷道過DF3 大斷層的時候，斷層面出現(xiàn)破碎，同時片幫逐漸變得明顯，利用選擇新的支護材料、對支護參數(shù)進行調整等方式提高支護效果。 頂板通過與第二個階段相同的方式進行支護。 錨桿間排距有所增加， 錨索間排距有所減小， 主要以“井”型來提高支護效果，并且配備樹脂錨固劑。 正幫和負幫的支護與第二階段的方式相同， 不過錨桿間排距和幫錨索間排距有所減小。 同時，幫錨索通過三花眼的形式來設置，鋼帶彼此之間搭接。

4 結語

本文闡述了斷層、巷道狀況，指出施工難點與方案。 在此基礎上，細致深入地提出巷道快速過斷層施工技術，以期為大斷面巷道機械化掘進過斷層群提供指導和借鑒。