掘進工作面過斷層破碎帶安全技術措施探討

邵繼華

（大同煤礦集團生產技術處，山西 大同 037001）

大同煤礦集團塔山煤礦2301巷位于井田三盤區，巷道設計長度為1720m，巷道寬度為4.5m，巷道高度為4.2m，巷道為矩形斷面，工作面煤層平均厚度為3.2m，屬石炭二疊紀煤層。2301巷由雁崖礦機掘三隊采用綜合機械化掘進工藝，巷道施工期間采用錨桿、錨索聯合支護，頂板每排施工五根長度為2.5m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間距為1.0m，每排錨桿配套一根長度為4.2m“JW”型鋼帶，鋼帶間距為1.0m，頂板每排施工三根錨索，錨索長度為5.3m，錨索間距為1.8m，錨索排距為3.0m，截至目前2301巷已掘進450m。

2301巷頂板存在偽頂，平均厚度為0.5m，主要以泥巖為主的軟弱巖層且極易垮落。工作面直接頂主要以炭質泥巖 、粉砂巖混合層為主，巖石層脆性大，在采動應力作用下直接頂會出現局部離層、下沉現象。根據塔山礦提供地測資料顯示，2301巷掘進至470m處將揭露一條逆斷層，斷層落差為1.5m，斷層傾角為60°。當巷道掘進至430m處時施工巷道頂板出現局部破碎現象，當巷道掘進至450m處時施工巷道頂板出現大面積破碎并伴隨著局部冒頂現象，此時巷道頂板永久支護困難，錨桿、錨索支護失效現象嚴重，若繼續掘進不僅降低了巷道掘進效率，而且再接近斷層破碎帶時很容易造成頂板大面積垮落事故發生。對此大同煤礦集團生產技術處通過技術研究，決定對2301巷過斷層期間采用注漿+鋼棚聯合支護方式，并采取合理有效安全管理措施，力求保證巷道安全高效掘進。

1 2301巷過斷層期間支護優化設計

1.1 深孔注漿支護

深孔注漿支護主要是在工作面距頂板一定距離以一定角度施工長鉆孔，在鉆孔末端到達預定斷層破碎帶區域時，采用高壓注漿泵對鉆孔內注射凝固液，從而達到超前對斷層帶破碎巖石層加強膠結性目的。2301巷深孔注漿支護施工方法如下：

（1）2301巷巷道掘進至460m處時，開始施工深孔注漿支護。注漿鉆孔長度為8m，鉆孔Φ70mm，鉆孔布置在距工作面頂板0.8m處，每排布置4個鉆孔，鉆孔間距為1.3m，鉆孔與工作面成10°仰角布置。

（2）為保證注漿效果，工作面注漿鉆孔施工完后對鉆孔內壁安裝孔套，孔套安裝至距鉆孔末端1.0m停止安裝，鉆孔孔套安裝后開始對鉆孔進行注漿。

（3）2301工作面注漿原料采用以馬麗散及催化劑為主的混合液，采用高壓單缸注漿泵進行注漿，注漿壓力不得低于3MPa，在注漿過程中工作面煤體出現漿液滲透時停止注漿并及時對注漿鉆孔進行封孔。

1.2 架設11#工字鋼棚

（1）工作面注漿5h后，采用松動爆破掘進。爆破施工時，每茬進度不得超過1.0m。為保證工作面過斷層帶頂板安全，當工作面掘進至465m處時開始架設11#工字鋼棚。

（2）工字鋼棚主要由棚腿、棚梁組成，棚腿與棚梁之間采用卡纜進行連接。為確保架棚后鋼棚穩定性，在架設鋼棚前對棚腿底座處進行起底、澆筑，起底深度為0.3m，起底后將棚腿底座埋入起底處并進行澆筑。

（3）棚腿長度為4.0m。為防止棚腿架設后擺動，棚腿與巷幫之間采用U型鋼進行固定，兩幫棚腿架設后開始架設頂梁，同樣頂梁與工作面固定板采用U型鋼進行固定。

（4）第一架鋼棚架設后開始架設第二架鋼棚，相鄰兩架鋼棚間距為1.0m，鋼棚與鋼棚之間采用兩組連接桿進行聯鎖固定。當工作面過斷層帶5m后停止架設鋼棚，共計架設11#工字鋼棚10架。

（5）所有鋼棚架設完后在鋼棚頂梁與頂板間隙處填塞水泥背板，水泥背板長度為1.2m，寬度為0.3m，背板與背板之間間隙不得超過0.2m。

2 安全管理措施

（1）2301巷在揭露斷層前50m必須進行巷道超前鉆探，鉆探長度不低于30m。每鉆探30m巷道掘進10m。探放鉆孔設計參數必須合理，確保對斷層區域進行全方位鉆探，及時發現斷層裂隙充水。

（2）在過斷層期間必須加強頂板永久支護效果觀察，認真對工作面5m范圍內頂板錨桿、錨索進行拉拔力實驗，在拉拔試驗過程中出現支護失效時必須及時進行補打，并進行記錄。

（3）工作面在施工注漿鉆孔時，必須確保鉆孔參數符合實際要求，特別是鉆孔末端必須處于斷層破碎區域，兩幫鉆孔必須與巷幫成一定夾角，確保注漿區域成扇形布置。

（4）采用爆破掘進施工時必須嚴格執行“一炮三檢、三人聯鎖”放炮制度，爆破時必須設攔人警戒，警戒距離不得低于75m，采用正向裝藥松動爆破方式。

（5）工作面爆破孔深度為1.0m，每個爆破孔填裝1支藥卷，爆破孔口必須采用炮土、水袋進行封孔，每次爆破炮孔數量不得超過5個，炮孔之間采用串聯連接方式。

（6）在架設11#工字鋼棚時必須協調好施工工藝，特別在人工上鋼棚頂梁時必須搭設工作盤，嚴禁采用油桶代替，上頂梁時兩人抬梁，兩人分別在兩幫采用卡纜將其與棚腿進行固定。

（7）11#工字鋼棚架設完后，必須每班安排專職人員對鋼棚變形情況進行觀察、記錄，在斷層帶處鋼棚受壓大變形嚴重時，必須在鋼棚下方添加棚腿，鋼棚與棚腿之間卡纜預緊力必須符合設計要求，一般不得低于200N·m。

（8）工作面在過斷層期間，每班必須安排專職的瓦檢工對工作面瓦斯進行檢查，特別是在工作面爆破前、爆破后對爆破地點瓦斯濃度進行檢查，若瓦斯濃度超限必須立即撤人。

3 結束語

同煤集團生產技術處對塔山煤礦三盤區2301巷過斷層破碎帶措施進行了研究，提出了注漿+架棚聯合支護方式對斷層破碎帶頂板進行加強支護。實踐證明，采用該聯合支護，解決了傳統支護過斷層帶時支護難度大、支護效果差等難題，保證了施工巷道安全順利過斷層破碎帶，加快了巷道掘進速度，降低了過斷層破碎帶時機械設備損壞率，取得了顯著的經濟、安全效益。