協莊煤礦掘進工作面過斷層技術應用

公維寬 王偉強 邢 永

（山東能源新礦集團協莊煤礦，山東 泰安 271200）

1 工作面概況

協莊煤礦2405W 運輸巷位于二采下山區西翼，以東為二采回風下山，以西為F16 斷層煤柱，以南為已開采完畢的2403W 工作面，以北為已開采完畢的2406W工作面，該巷道掘進對地面無較大影響。

根據鉆孔資料及附近巷道揭露，工作面煤層巖性變化不大，煤層頂板為細粒砂巖，平均厚度2.5m；直接底板為細粒砂巖，平均厚度2.8m。巷道施工范圍內地質構造復雜，預計將揭露以下三條斷層：

（1）f1：正斷層，走向70°~100°，NW ∠70°，H=8.0m。該斷層在2406W 回風巷及2206W 回風巷施工時已揭露，基本已控制，揭露斷層不導水，預計巷道開門施工143m 時揭露；

（2）f2：正斷層，走向20°~60°，NW ∠80°，H=9.0m。該斷層在2206W 回風巷施工時已揭露，基本已控制，揭露斷層不導水，預計巷道開門施工234m 時揭露；

（3）f3：正斷層，走向70°~100°，SE ∠65°，H=2.0m。該斷層在2205W 切眼施工時已揭露，基本已控制，揭露斷層不導水，預計巷道開門施工548m時揭露。

斷層區域分布如圖1 所示。

圖1 2405W 運輸巷斷層區域圖

2 過斷層掘進施工技術

2405W 運輸巷道為穿層巷道，按真方位273°、6°上坡施工143m 后揭露f1 斷層對接四層煤，按原方位沿煤4 破頂施工91m 后揭露f2 斷層，按原方位、10°下坡施工25m 揭露煤4 頂板，沿煤4 破頂施工244m 后（或揭露斷層后退回開門），左拐25°按真方位248°沿煤4 破頂施工262m 可至切眼。預計施工的2405W 運輸巷在Y21導線點前41m 處迎頭揭露落差H=2.6m、∠70°的正斷層，煤層下壓。因此，將掘進機退至揭露處2.6m 的斷層（退機35m），按8°上坡臥底施工至原迎頭(迎頭留頂2.0m)，按0°平推施工4.5m 接住正常煤層頂板，然后沿煤層破頂施工穿過該斷層區域。平均臥底1.2m，最大臥底2.0m，臥底后兩幫距底板超高處（煤層0.3m，巖層0.5m）補打MSGLD-335/22×2200 等強螺紋鋼式樹脂錨桿配鋼托盤支護，巷道高度超過4.5m 時，兩幫按間距3.0m補打錨索或錨索桁架加強支護[1]。

3 過斷層支護方案

3.1 支護方案

過斷層期間壓力顯現強烈，擬更改支護。更改方案對比如下：

采 用“W” 鋼 帶（4300×280×3mm）配10#金屬菱形網（4600×1000mm）、6 根MSGLW-500/22×2200 無縱肋螺紋鋼式樹脂錨桿（原支護：MSGLD-335/22×2200 等強螺紋鋼式樹脂錨桿）支護頂板，兩幫分別采用3 根MSGLD-335/22×2200（原支護：MSGLD-335/18×1800）等強螺紋鋼式樹脂錨桿配“W”鋼帶(1900×280×3mm)及金屬菱形網（2600×1000mm）支護，兩幫底腳采用MSGLD-335/22×2200（原支護：MSGLD-335/18×1800）等強螺紋鋼式樹脂錨桿配鋼托盤支護[2]。錨桿排距0.9m（原支護：1.0m），每隔2.7m（原支護：3m）在巷中施工1 根錨索加強支護，錨索滯后迎頭最大距離不大于50m，不小于5m。頂板壓力大、破碎時緊跟探梁后端施工。

3.2 加固設計

（1）過斷層、破碎帶時需采用錨索或錨索桁架加強支護，斷層落差較大時，在斷層帶及前后不小于15m 影響范圍，必須加密錨桿支護并采用錨索或錨索桁架加強支護方式，確保支護安全[3]。

（2）頂板特別破碎或煤在巷頂時，放炮前在迎頭頂板按間距1.0m 均勻打安3 根超前錨桿。超前錨桿采用Ф22×L2200mm 的錨桿與水平呈3 ～5°夾角向迎頭方向打入。

（3）過斷層有淋水時，采用掛防銹金屬網或雙層網支護，必須復棚進行加固，提高巷道圍巖控制效果。

4 過斷層爆破施工工藝

迎頭施工遇斷層構造時，采用放震動炮方式松動巖石，爆破施工工藝為：

（1）采用爆破法與掘進機截割方式聯合施工。在迎頭頂板（底板）巖石處先打眼放炮，再采用綜掘進機對巷道局部淺挖處進行截割出矸，之后對巷道進行臨時支護。

（2）裝藥采用連續柱狀結構，正向定炮[4]。正向裝藥結構為：藥卷+粘土炮泥（30~40mm）+水炮泥+粘土炮泥?？諝庵蜓b藥結構（周邊眼）為：藥卷+水炮泥+粘土炮泥。起爆使用FD-200X型閉鎖放炮器，使用煤礦許用Ⅱ級水膠炸藥、毫秒延期電雷管作為起爆體。正常打眼深度1.5m，全斷面一次裝藥一次起爆，聯線方式為串聯。炮眼參數設計如表1 所示，炮眼布置剖面圖如圖2 所示。

表1 炮眼參數表

圖2 炮眼布置剖面圖

（3）爆破前應將綜掘機退回到距迎頭5m 以外的安全地點，并用廢舊皮帶等物料進行掩護，以防放炮打壞掘進機照明燈、管路等易損部件。

5 過斷層安全技術措施

5.1 探水工藝

巷道施工中預計揭露的f1、f2 斷層可能將31113W 老空積水導入本工作面，威脅巷道的施工，f3 斷層可能將導入底板水，因此工作面在揭露f1、f2、f3 斷層前10m 要組織邊探邊掘，屆時按以下措施執行：

（1）迎頭預計揭露斷層前10m 進行邊探邊掘，在迎頭布置一個鉆孔，鉆孔布置在巷道煤層中間，一次布置一個鉆孔，鉆孔角度沿煤層方向，孔深不小于5m；若鉆探5m 迎頭鉆孔探透無水時，迎頭向前施工2m 繼續鉆探，直至施工至斷層后確認無水方可過斷層施工。如若探透有水，必須逐步放干積水。當鉆孔有水時放出老空積水后，迎頭再繼續掘進。

（2）施工機具為錨索鉆機或風動錨頭配麻花釬子，鉆探及放水時現場準備木楔，當放水量過大時應及時用木楔堵死放水孔，使放水與排水保持平衡。

（3）鉆孔施工時，首先加固迎頭臨時支護，并摘除危巖懸矸，嚴禁空頂作業。

5.2 安全施工措施

巷道過斷層定坡度施工時需托頂煤施工，屆時執行以下安全技術措施：

（1）當頂板極其破碎或揭露煤層時，為防止掉頂，采用超前錨桿（Ф18×L1800mm）作輔助臨時支護，前探錨桿根據頂板情況，布置2~3 根，在迎頭均勻布置，與頂板夾角呈3~5°打入。超前錨桿外端頭必須用10#鐵絲與迎頭最前一排永久錨桿固定牢固，以保證支護效果[5]。

（2）當錨桿錨固在煤層中及托頂煤施工時，要及時補打錨索桁架加強支護，桁架排距2.4m。迎頭施工時縮小循環進度為1.0m，錨桿排距縮小至0.8m，爆破前最小空頂距0.8m，最大空頂距1.8m，循環進度1.0m。

（3）托頂煤施工時永久支護必須到迎頭，頂板鋪設雙層網加強支護。當巷道托頂煤施工至以里10m 后，對托頂煤段使用拱型棚加強支護，棚間距1.0m，棚梁扭距≤50mm。

6 結語

協莊煤礦2405W 運輸巷采用爆破+臥底工藝揭露斷層，針對過斷層階段可能出現的頂板破碎、工作面涌水問題，制定合理的安全技術措施，保證了掘進工作面過斷層的掘進效率，安全高效地通過了斷層影響區域。