順槽掘進提前過斷層施工方法在增加工作面可采儲量中的應用

張 騰 趙啟生 時 君

（山東濟寧礦業集團有限公司安居煤礦，山東 濟寧 272100）

1 概述

安居煤礦隸屬于濟寧礦業集團有限公司，為地方國有企業。安居煤礦屬地質條件復雜礦井，主采煤層為3上煤，煤層賦存-820m～1800m，一采區實際揭露煤層平均厚2.5m。礦井自投產以來，井下開拓布局受構造影響較大[1]，采掘中揭露大中小型斷層層出不窮，嚴重影響了礦井的安全生產。復雜的地質條件導致某些工作面在掘進時不得不穿過落差6～15m 左右的中型斷層，而回采時為避免大面積割矸，又必須重新開切眼搬家，增加了現場工作量，同時造成了斷層附近較大面積儲量損失。

目前，國內常采用的過中小型斷層技術方法有：后退挑頂法和后退臥底法[2]，即在掘進迎頭揭露斷層斷面后探明斷層產狀，然后后退挑頂或臥底掘進過斷層找煤。

地質技術人員通過分析斷層延伸規律，科學合理預測、超前探明斷層產狀并在揭露斷層前提前變坡過斷層，可以使掘進過程盡可能施工硬度較小的煤層頂板，減少斷層破碎帶揭露寬度，在保證施工安全和提高掘進效率的同時，最大限度減少斷層造成的煤炭資源儲量的浪費。

2 預測斷層延伸情況及檢驗方法

2.1 預測手段

斷層是影響安居礦井開采最主要的地質構造。經過三維地震勘探精細化解釋后的采區，一般對于落差15m 以上的斷層大部分能夠查明，設計階段一般將其作為采區邊界等排除在工作面之外，基本不會影響工作面回采。由于三維物探精度問題，順槽掘進時經常出現一些落差6～15m 左右的中型斷層，往往會對采掘造成較大影響。

地質技術人員通過總結日常地質工作規律，發現斷層的延伸長度與落差基本成正比例關系，即落差大的斷層延伸距離一般較長，落差小的延伸較短[3]。由此可以根據對大量實際揭露斷層的延伸長度統計分析，求出比例系數K（如表1 所示）。

式中：

L-斷層延伸長度，m；

H-斷層落差，m。

經統計計算得出K值一般取34 ～60，平均48，該值可以作為斷層延伸長度的計算標準。

表1 斷層延伸規律圖

2.2 檢驗方法

利用上述方法可以預測斷層的延伸情況，一般采用的方法是結合三維物探資料及相鄰巷道已揭露斷層走向進行分析，定位一個小的范圍（比如預計XX 導線點前50～70m 將發育該斷層），當掘進靠近該范圍時，提前利用鉆探手段進行驗證，從而可以提前查清迎頭前方斷層產狀。

3 提前過斷層方法適用斷層需具備的條件

根據分析認為當符合以下三個條件時，可以通過提前過斷層來實現工作面的增產增效。

（1）斷層走向與兩順槽有較小夾角（一般10～35°）。

（2）斷層落差在6～15m，回采時必定會出現大面積割矸，回采時必須移架搬家。

（3）經過地質技術人員的初步預測，并利用鉆探手段驗證，斷層在前方的發育情況已經掌握。

4 提前過斷層與揭露斷層面后過斷層效果對比

以安居煤礦1304 工作面皮帶順槽掘進過A76斷層為例，軌道順槽先開門掘進施工，掘進過程中已揭露A76 斷層（落差約8m），皮帶順槽掘進比較滯后。根據斷層延伸規律，預計該斷層一般延伸48×8=384m，因此預計皮帶順槽將揭露該斷層。采用傳統的方式即揭露斷層斷面后過斷層時，其平面圖及施工剖面圖如圖1、圖2 所示。

圖1 揭露斷層后起坡施工預想平面圖

圖2 揭露斷層后起坡施工預想剖面圖

為減少煤炭資源的浪費，在順槽施工至預計斷層位置提前30m 處暫停掘進，利用鉆機進行超前鉆探。通過鉆探，查清了斷層具體位置及落差（迎頭前25m 為斷層位置，斷層落差約為9m）。

在提前查清斷面位置及落差后，采用提前起坡過斷層的方法，其平面圖及施工剖面圖見圖3、圖4。

圖3 提前起坡過斷層預想施工平面圖

圖4 提前起坡過斷層施工預想剖面圖

通過圖3，可以明顯觀察到，采取提前過斷層的施工方式，一是避免了施工硬度較大的煤層底板巖石，提高了掘進效率；二是減少了因煤層揭露斷層帶來的斷層破碎帶范圍，提高了現場施工的安全系數；三是可以提前揭露斷層下盤的煤層，從而可以將原停采線位置延長約16m。按120m 面寬，2.5m煤厚，1.4t/m3的容重計算，可以將工作面可采儲量增大6720t。按煤價600 元/噸計算，企業可直接增收403 萬元，經濟效益十分可觀，并能在一定程度上緩解礦井接續緊張。

5 總結

通過科學合理的預測預報手段及鉆探驗證方法，提前查清掘進迎頭前方的斷層產狀，在順槽掘進中提前變坡過斷層，使掘進盡可能施工硬度較小的煤層頂板巖石，在保證施工安全和提高掘進效率的同時，最大限度減少斷層造成的儲量損失，為企業增收數百萬元，又能適當緩解礦井接續緊張。