過特大斷層掘進斷面及支護方案

郭振華

（同煤集團云岡礦，山西 大同 037017）

引言

同煤集團云岡礦自建礦以來從未施工過此類斷層，由于斷層落差大、施工工藝繁瑣、員工勞動強度大、施工緩慢、危險系數(shù)高，以現(xiàn)有的施工工藝及支護工藝不能保證安全、順利的通過，即使安全順利的通過也不能保證將來回采時無安全隱患，并且維護巷道危險性高，維護費用也相對較高。

為了避免對施工人員及設(shè)備造成極大的安全隱患，減少煤炭損失，增加煤礦效益，并為將來遇到此類地質(zhì)構(gòu)造提供有效可靠的經(jīng)驗及安全保障。經(jīng)有關(guān)礦領(lǐng)導(dǎo)的組織，研究出一套可靠的、具有針對性的施工方案。

1 工作面情況說明

2615巷位于12號層406盤區(qū)，該巷道東西走向布置，設(shè)計長度438m，煤層較穩(wěn)定，簡單無夾石，煤層厚度1.9～6.5m，平均4.5m，煤層賦存較穩(wěn)定，傾角在1°～3°，平均2°。

2615巷道直接頂為細砂巖灰色，含少量暗色物質(zhì)，膠結(jié)結(jié)實，厚度為2.4m。老頂為細砂巖灰色，膠結(jié)堅實，硬度較大，底部為石英砂巖薄層。底部發(fā)育一層0.2m的煤線，厚度為31.25m。巷道北部為云岡礦物探低阻異常區(qū)，南部靠近宏達煤礦主副井筒，西部為云岡礦406盤區(qū)的三條盤區(qū)巷，東部靠近我礦與晉華宮井田礦界。

但在2615巷道距506－4回270～290m范圍內(nèi)處發(fā)育一條東南走向落差為30m的正斷層（見下頁圖1），預(yù)計在過斷期間頂板破碎，壓力較大，掘進困難，且支護難度非常大。

2 工作面設(shè)計及支護方案

2.1 頂板相對容易維護時支護方案

1）當(dāng)遇斷層或出現(xiàn)頂板破碎時，采用錨桿、鋼帶、金屬網(wǎng)、錨索梁支護。頂板打設(shè)四眼鋼帶（孔距900mm、長度320mm）并鋪金屬網(wǎng)，頂錨桿排距1m（可根據(jù)實際情況增大支護密度，當(dāng)1m排距不能有效維護頂板時，頂板錨桿排距可縮小為800mm并割夠一個支護排距，支護一排錨桿，必要時根據(jù)現(xiàn)場實際情況縮小排距）；打設(shè)三眼錨索鋼梁（長度4 000mm、孔距1 900mm），排距2m（必要時縮小到1.0m或0.5m）。過斷期間錨索均采用10m鋼絞線，邊錨索與鋼梁呈65°角斜拉。并在巷道頂板破碎處進行掛頂網(wǎng)（注：本措施中出現(xiàn)的頂網(wǎng)均為金屬網(wǎng)）支護，頂網(wǎng)順巷布置，相鄰兩網(wǎng)間搭接200mm，用14號鉛絲在搭接處間隔200mm按三花狀扭結(jié)。

2）遇到斷層時，必須在斷層的上下盤支護錨索梁，并位于斷層處前后10m支護頂網(wǎng)上。

3）巷道頂板和兩幫壓力均較大時，增加打設(shè)角錨索，角錨索的打設(shè)排距為2m，角錨索長度可根據(jù)實際情況而定但不小于4m，且保證幫網(wǎng)和頂網(wǎng)連接良好。

圖1 斷層圖

4）若頂板破碎比較嚴重，難以留住且因為支護等級低不能或難以維護時，要提前打鋼針，每排鋼針以仰角不大于5°間距0.3m至0.5m打設(shè)一排鋼針，矩形巷道鋼針布置：鋼針要以一個水平，一個方向打設(shè)在工作面頂端，外露長度不大于0.5m，含煤（巖）體深度不小于2.5m，第一排鋼針的尾部與緊靠工作面的棚梁搭接，或者注設(shè)專用的錨索鋼梁懸吊在鋼針尾部。每掘距離2m處補完棚架時在上一排鋼針的掩護下再打下一排鋼針，如此循環(huán)往復(fù)。在穿鋼針的過程中，頂板破碎難以保證工作面的安全時，把工作面的煤碴攤平壓實，在工作面中間和風(fēng)筒處打設(shè)“井”字型木垛，木垛采用1.2m長的道木，并用把釘聯(lián)接，木垛頂部與頂板剎緊背牢后并在當(dāng)空頂處的圍巖穩(wěn)定后，進行穿鋼針工作，鋼針間距0.3m至0.5m，插入工作面的深度不小于2.5m，鋼針的尾部用兩架棚梁搭起，背結(jié)實。完成巷道行人一端的鋼針支護后，在巷道另一端打設(shè)木垛，穿鋼針，最后拆除工作面中間的木垛。在下一次的穿鋼針作業(yè)中，如上所述依次循環(huán)直至通過斷層破碎帶。

5）如頂板破碎特別嚴重并且支護等級相對較低都不能有效維護時，采用下面的支護方案（見下頁圖2）：

1）采用架棚支護、錨索鋼梁支護和護頂網(wǎng)支護，并配合在巷道頂板打注“馬麗散”和穿鋼針方法的支護方案。棚梁長度為4 000mm，鋼腿高度為2 900mm，架設(shè)鋼梁鋼腿棚時，棚距為1m（可根據(jù)實際情況，必要按時縮小到0.5m），鋼梁兩端與鋼腿頂部的開口鎖定，每相鄰兩架鋼腿之間用兩道拉桿進行固定，同時，每根鋼腿均用“U”型卡子與巷幫固定，“U”型卡子布置在棚腿的1／3和2／3兩處，鎖定“U”型卡子的錨桿采用2m以上的錨桿，錨桿的注設(shè)和安全要符合作業(yè)規(guī)程的要求。鋼腿的底部必須挖柱窩支在實底上，必要時鋼腿底部焊接柱靴。如果在一對鋼腿的支護下，棚梁仍有彎曲變形現(xiàn)象，在棚梁的每端再支設(shè)一根或兩根圓木，即一梁兩柱或一梁四柱，圓木必須垂直支在硬底上，上端與鋼梁平面緊接，并用木楔背緊背牢，如鋼梁平面不能與木柱平面接緊，木柱頂端必須開槽與鋼梁相托。頂板與鋼梁之間的空隙用道木呈“井”字型與頂板剎緊背牢。必要時，用短錨索鋼梁重新懸吊棚梁，短錨索鋼梁與棚梁方向垂直，布置在棚梁的兩端，懸吊棚梁的一端，或者采用“U”型卡子加錨索懸吊棚梁的一端，確保棚梁對頂板的支撐作用。

2）由于構(gòu)造復(fù)雜，頂板變化較大，鋼梁鋼腿棚仍不能有效控制頂板時，在每兩架鋼梁鋼腿棚之間再背一架錨索梁。每兩架錨索梁的排距為0.5m，同時，采用注“馬麗散”和穿鋼針的方法。

3）在通過破碎帶的過程中，錨索的長度為10m；割煤時，每夠一排鋼梁排距時，必須停下架棚；巷道注設(shè)“馬麗散”和穿鋼針后，每次掘進距離控制在1.0m以內(nèi)。

圖2 支護平面圖

2.2 頂板極難維護時支護方案

假設(shè)因為斷層的錯動和牽引，破碎帶范圍擴大、頂板破碎異常嚴重并且使用方案仍不能有效維護時，則采用半圓拱形斷面代替原來的矩形斷面（如圖3所示），拱高1.33m，直臂高1.51m，巷道寬度縮小到4.2m，巷道全高3m不變，同時用與之相適應(yīng)的“U29”型棚腿及掛金屬網(wǎng)支護頂板。棚距1m，錨桿：每排6根，排間距1 000mm×900mm，錨桿鋼墊使用250mm×250mm鋼托板；錨索：每2排打3根錨索，間距1.8m，排距2.0m，錨索采用10m鋼絞線，使用0.6m的單眼鋼梁（沿巷道走向布置）作為錨索托板支護。同時，采用注“馬麗散”和穿鋼針的方法，以達到最強的支護效果。

圖3 斷面圖（m）

3 結(jié)語

使用該掘進方式及支護形式效果良好，不僅大大提高了支護質(zhì)量，而且還確保8631工作面按正常工作面布置，雖未降低了員工的勞動強度，但減少了因斷層落差大、頂板破碎等帶來的安全隱患，能夠很好地掌握巷道成型，減少了后期材料費用的投入，同時能夠保質(zhì)保量的完成煤礦下達的掘進任務(wù)，緩解了礦采掘銜接的緊張局面。

該支護形式及掘進方法可使掘進隊通過此類特大斷層時廣泛應(yīng)用，不僅提高了支護質(zhì)量、巷道成型并確保采掘正常接替，還避免了在此類特大斷層下掘進過程存在的諸多不安全因素，并為施工此類斷層提高寶貴的經(jīng)驗。