復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

李曉明

（西山煤電集團(tuán)公司 生產(chǎn)技術(shù)處，山西 太原 030053）

西山煤電集團(tuán)鎮(zhèn)城底礦位于西山煤田的西北邊緣，地處古交市西北，該井田范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層、陷落柱較多，水文地質(zhì)條件中等，屬于帶壓開(kāi)采礦井。礦井定生產(chǎn)能力為190萬(wàn)t／年，現(xiàn)主采煤層為2.3#和8#.

1 概 況

1.1 所采煤層情況

2.3#煤層厚度1.30～5.74m，平均厚度3.52m，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含1～3層夾矸，其中上部0.10～0.25 m和中部0.2～0.3m的兩層夾矸較穩(wěn)定。在2.3#與4#號(hào)煤層合并部分夾矸為0.10～0.40m.該煤層全區(qū)均可采，整體由東向西逐漸增厚，可采指數(shù)為1.0，變異系數(shù)為28.6%，屬穩(wěn)定型煤層。

8#煤層位于7#煤下10.75～30.78m，平均17.64 m.煤層厚度1.70～5.65m，平均4.02m.該煤層為太原組主要可采煤層，由東南向西北厚度逐漸增厚，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常含2～4層夾石，在全區(qū)是最厚的可采煤層，可采指數(shù)為1，變異系數(shù)為9.2%，屬穩(wěn)定型煤層。

1.2 所采煤層頂?shù)装迩闆r

2.3#煤層頂板為灰黑色砂質(zhì)泥巖，局部相變?yōu)榧?xì)砂巖或中砂巖；8#煤層頂板為L(zhǎng)1廟溝灰?guī)r，局部為中砂巖或粗砂巖，底板為泥巖。煤層頂、底板情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1.

表1 煤層頂、底板情況統(tǒng)計(jì)表

1.3 所采煤層中地質(zhì)構(gòu)造分布情況

1）斷層。

井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，構(gòu)造形態(tài)略成一個(gè)傾伏狀、波浪式不對(duì)稱向斜構(gòu)造，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育情況大致分成3個(gè)帶：西北邊緣斷層帶、中心褶曲斷裂帶、東南部歇馬溝斷層帶。區(qū)內(nèi)斷層較多，且大部分為正斷層。精查報(bào)告中，探明落差大于5m的斷層59條，其中在鎮(zhèn)城底井田范圍內(nèi)37條，在生產(chǎn)中已揭露21條。生產(chǎn)中還揭露了91條落差大于3m的精查報(bào)告中沒(méi)有查明的正斷層，嚴(yán)重制約礦井正常生產(chǎn)。

2）陷落柱。

由于煤系基底的奧灰?guī)r巖溶發(fā)育，經(jīng)長(zhǎng)期的溶蝕作用，使得煤系地層沿地下巖溶塌陷，形成了目前的柱狀陷落。礦井原勘探階段發(fā)現(xiàn)了陷落柱2個(gè)，到目前為止，在采掘過(guò)程中已揭露58個(gè)。

2 礦井過(guò)地質(zhì)構(gòu)造的主要方法

2.1 地質(zhì)勘探及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法

采用瑞利波物探、鉆探和巷探等方法查明工作面前方地質(zhì)構(gòu)造情況，結(jié)合工作面周邊已揭露構(gòu)造情況、鄰近巷道揭露構(gòu)造情況及有掘必鉆資料，根據(jù)預(yù)報(bào)編制過(guò)構(gòu)造的安全技術(shù)措施，進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造的超前預(yù)測(cè)。

2.2 前期準(zhǔn)備

根據(jù)地質(zhì)預(yù)報(bào)及勘探資料提前編寫(xiě)過(guò)構(gòu)造安全技術(shù)措施，準(zhǔn)備好圓木、工字鋼、破板等支護(hù)材料。

3 掘進(jìn)工作面過(guò)地質(zhì)構(gòu)造的主要方法

3.1 過(guò)斷層

1）2.3#煤過(guò)斷層。

斷層及前后5m范圍采用棚錨聯(lián)合支護(hù)，巷道頂板全錨支護(hù)采用錨桿+錨索+鋼帶+鋼筋網(wǎng)。全錨支護(hù)頂板采用“螺紋錨桿+W 型鋼帶+鋼筋網(wǎng)+錨索”聯(lián)合支護(hù)，錨索布置在兩條鋼帶之間。兩幫采用“螺紋錨桿+菱型金屬網(wǎng)”支護(hù)。架棚支護(hù)采用11#礦用工字鋼，梁長(zhǎng)4m，棚梁凈口3.7m，腿長(zhǎng)3.2m，棚距0.8 m，并按“幫三頂四”攀幫構(gòu)頂，叉角0.4～0.5m.

2）8#煤過(guò)斷層。

過(guò)斷層頂板采用全錨支護(hù)，巷道頂板全錨支護(hù)采用“錨桿+錨索+金屬網(wǎng)”。頂錨布置為矩形方式，頂錨桿使用d20mm×L2000mm螺紋錨桿配合d6 mm鋼筋網(wǎng)，間排距1000mm×1000mm，打注5根錨桿；幫錨桿矩形布置，間排距1000mm×1000 mm，并掛金屬網(wǎng)。根據(jù)實(shí)際情況對(duì)斷層上下盤(pán)打注對(duì)錨索，錨索規(guī)格d17.8mm×L6300mm.

3.2 過(guò)陷落柱

1）2.3#煤過(guò)陷落柱。

a）陷落柱巖性堅(jiān)硬、膠結(jié)性好、無(wú)溶洞、無(wú)淋頭水且錨桿錨索預(yù)緊力能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，采用全錨支護(hù)，頂板采用d20mm×2000mm的螺紋錨桿+4200 mm長(zhǎng)5眼“W”型鋼帶+d6mm×1000mm×4200 mm鋼筋網(wǎng)支護(hù)，打錨索（d17.8mm×6300mm）加強(qiáng)支護(hù)，錨索打在兩條鋼帶之間，隔排布置2根；兩幫采用d20mm×2000mm的螺紋錨桿+菱型金屬網(wǎng)支護(hù)，無(wú)炭柱段凈寬保持4.5m，凈高不低于3.0m，排距為800mm，并保證斷面兩幫過(guò)渡平緩，底板緩慢走平。

b）若遇頂板有淋頭水、巖性松軟、有溶洞或錨桿、錨索錨固力不達(dá)標(biāo)時(shí)，必須采用錨棚聯(lián)合支護(hù)，架棚支護(hù)采用11#礦用工字鋼，梁長(zhǎng)4m，棚梁凈口3.7 m，腿長(zhǎng)3.2m，棚距0.8m，并按“幫三頂四”攀幫構(gòu)頂，叉角0.4～0.5m，必須將頂板用破板密勾，背嚴(yán)背實(shí)。

2）8#煤過(guò)陷落柱。

a）陷落柱堅(jiān)硬，頂部膠結(jié)完整時(shí)，采用錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，頂板采用d20mm×2000mm螺紋錨桿配合金屬網(wǎng)矩形布置，間距1000mm打注5根錨桿，排距1000mm，錨索采用d17.8mm×6300mm布置加強(qiáng)支護(hù)，排距2000mm；幫錨采用d20mm×2000mm螺紋錨桿配合菱形金屬網(wǎng)矩形布置，間距1000mm，打注3根錨桿。

b）陷落柱松軟，頂部膠結(jié)松散、煤巖混合、有淋頭水，在全錨支護(hù)的基礎(chǔ)上架棚聯(lián)合支護(hù)，架棚支護(hù)采用11#礦用工字鋼，梁長(zhǎng)4.0m，棚梁凈口3.7m，腿長(zhǎng)3.2m，棚距0.9m，并按“幫三頂四”攀幫構(gòu)頂，叉角0.4～0.5m.

4 過(guò)構(gòu)造案例

4.1 案例一

2013年3月20日，施工南一下組采區(qū)28107軌道運(yùn)輸巷，掘進(jìn)至14#點(diǎn)前2m處，斷層初現(xiàn)左幫，打錨桿、錨索出現(xiàn)淋頭水，頂板不平整，21日經(jīng)確定揭露1條落差為6.5m的正斷層。

1）前期準(zhǔn)備。

根據(jù)地質(zhì)預(yù)報(bào)，提前編制過(guò)斷層安全技術(shù)措施。揭露斷層后，及時(shí)縮小循環(huán)，錨網(wǎng)聯(lián)合補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，安排組織打鉆，探明斷層穿越長(zhǎng)度及傾角，給定準(zhǔn)確中腰線，嚴(yán)格按措施施工。

2）過(guò)斷層施工方案。

導(dǎo)致煤層上跳，經(jīng)計(jì)算給定10°腰線上山施工。工作面采用放炮落碴，掘進(jìn)機(jī)配合出碴的方式掘進(jìn)。

3）過(guò)斷層期間支護(hù)措施。

過(guò)斷層期間采取“錨網(wǎng)+W 鋼帶”對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，錨桿間排距縮小為1.0m×1.0m，錨索間排距縮小為2.0m×2.0m，掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺縮小為1.0m.如遇頂板破碎、托頂煤、壓力大難以支護(hù)時(shí)，加套金屬棚進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，棚距為1.0m，按“幫三頂四”攀幫構(gòu)頂。

4.2 案例二

2012年6月25日，施工南六采區(qū)22608皮帶運(yùn)輸巷掘進(jìn)至15#點(diǎn)前15m處遇陷落柱，打鉆預(yù)計(jì)穿越25m，為保證順利施工，及時(shí)采取措施。

1）前期準(zhǔn)備。

根據(jù)地質(zhì)預(yù)報(bào)，提前編制過(guò)陷落柱安全技術(shù)措施。揭露陷落柱后，及時(shí)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，安排組織打鉆，探明陷落柱穿越長(zhǎng)度及傾角，給定準(zhǔn)確中腰線，嚴(yán)格按措施施工。

2）過(guò)陷落柱施工方案。

經(jīng)計(jì)算給定3‰上山施工。工作面采用放炮落碴，掘進(jìn)機(jī)配合出碴的方式掘進(jìn)。

3）過(guò)陷落柱期間支護(hù)措施。

采用全錨支護(hù)，頂板采用d20mm×2000mm的螺紋錨桿+4200mm長(zhǎng)5眼“W”型鋼帶+d6mm×1000mm×4200mm鋼筋網(wǎng)支護(hù)，打錨索（d17.8mm×6300mm）加強(qiáng)支護(hù)，錨索打在兩條鋼帶之間，隔排布置2根；兩幫采用d20mm×2000mm的螺紋錨桿+菱型金屬網(wǎng)支護(hù)，無(wú)炭柱段凈寬保持4.5m，凈高不低于3.0m，排距為800mm.

5 經(jīng)驗(yàn)及建議

5.1 地質(zhì)構(gòu)造超前預(yù)判

1）加強(qiáng)地測(cè)部門(mén)對(duì)工作面構(gòu)造情況的預(yù)報(bào)工作，對(duì)工作面構(gòu)造進(jìn)行綜合技術(shù)評(píng)價(jià)，確定通過(guò)構(gòu)造的方法，提前編制過(guò)構(gòu)造的安全技術(shù)措施。

2）在過(guò)構(gòu)造期間，必須及時(shí)驗(yàn)證過(guò)構(gòu)造措施對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的有效性，發(fā)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)不符時(shí)，要及時(shí)調(diào)整措施，確保管理、措施、制度對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的適應(yīng)性。

5.2 提高現(xiàn)場(chǎng)管理及控制好頂板

1）在過(guò)構(gòu)造期間，施工單位要嚴(yán)格按照安全技術(shù)措施施工，并且每班必須有跟班領(lǐng)導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)指揮。

2）掘進(jìn)工作面在接近破碎帶時(shí)，必須加密支護(hù)，遇冒落段時(shí)采用特殊支護(hù)方式。嚴(yán)格執(zhí)行“短掘短支”的原則，嚴(yán)禁空頂作業(yè)。工前及爆破后進(jìn)入工作面，嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問(wèn)頂制度，一旦發(fā)現(xiàn)隱患必須先進(jìn)行處理，確保安全的情況下方可進(jìn)行其他作業(yè)。

5.3 過(guò)地質(zhì)構(gòu)造中新技術(shù)、新工藝的合理使用

工作面頂板破碎、垮幫嚴(yán)重，必要時(shí)采用注漿技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)實(shí)用性強(qiáng)，用液壓或氣壓的方法把能凝固的漿液注入到巖石的孔隙、裂隙等結(jié)構(gòu)面中，使圍巖形成強(qiáng)度高、抗?jié)B性能好、穩(wěn)定性高的新結(jié)構(gòu)體，改善并提高巖體的物理性。該技術(shù)在過(guò)構(gòu)造過(guò)程中，提高了巷道的安全性，降低了巷道返修次數(shù)，有效控制了巷道圍巖變形，提高了巷道整體穩(wěn)定性，但因?yàn)閮r(jià)格比較昂貴，不能批量使用。