巷道“丁”字口遇斷層快速掘進探討

張學鋒

(潞安環能股份公司 常村煤礦，山西 長治 046102)

1 工程概況

常村煤礦隨著開采向下水平延伸，地質條件變得更加惡劣。25采區位于常村礦區西北部，屬高瓦斯區域。25采區內3號煤層平均厚度為6.1 m，煤層傾角2～6°，平均傾角4°，煤層屬于不易自燃煤層。

根據采掘銜接要求，25采區先施工膠帶巷，膠帶巷設計長度2 200 m，巷道破底掘進，破底厚度為1.2 m，斷面形狀為矩形，巷道寬5.04 m，高3.42 m，掘進斷面面積為17.24 m2，支護方式為全錨支護(見圖1)。根據瞬變電磁勘探結果顯示：巷道頂板未發育7號砂巖含水層富水異常區，預計正常涌水量為2 m3/h，最大涌水量為7 m3/h。該工作面為承壓開采，巷道掘進范圍巷道底板標高為+365.0～465.8 m，承壓1.7～2.7 MPa。

隊組在施工超前探時發現前方異常，地測部門進行精確鉆探后發現存在1條Fj232正斷層，該斷層走向128°、傾向38°、落差3.9 m、傾角為48°，該斷層不導水。

圖1 巷道布置平面示意

2 過斷層初期施工方案

施工順序：25采區1號軌皮聯巷繼續沿煤層底板向前掘進，待巷道底板揭露斷層后，以0°坡繼續向前掘進，施工2 m后遠幫到位。完成支護后，退機至25采區膠帶巷返掘段開口位置，以90°角向東拐彎抹角施工25采區膠帶巷返掘段，施工5 m后，為減少巷道的破巖量，巷道以-3°栽坡找底板向前掘進，預計施工74 m找到煤層底板(見圖2)。

圖2 膠帶巷過斷層剖面(m)

2.1 過斷層前巷道加強支護

25采區1號軌皮聯巷揭露斷層前5 m開始加強支護，排距縮減為800 mm，錨索由每排三根加強為每排四根的布置方式掘進。在此期間東幫預留25采區膠帶巷返掘段開口位置以及抹角區域；西幫預留鐵塔硐室位置。軌皮聯巷全錨支護施工至正頭永久支護完成后退機抹角拐掘膠帶巷，抹角大小為2.5 m×2.5 m。

2.2 施工鐵塔硐室

剛遇到斷層時，巖石較軟且破碎，f≤3，仍采用掘進機直接截割至巷道成形的方法進行施工。退機至25采區膠帶巷返掘段開口位置以及抹角區域，施工1個深1 m、寬1 m、高度與巷道同高的鐵塔硐室，從施工過抹角區域后至過完斷層后5 m范圍內采用錨棚聯合方式支護，錨索布置方式為每排3根；待掘進機拐進25采區膠帶巷返掘段后停止掘進，在25采區1號軌皮聯巷西幫距25采區輔運巷北幫49 m處采用人工成巷的方式施工1個深1 m、寬1 m、高度與巷道同高的鐵塔硐室，硐室采用全錨支護。

2.3 安設鐵塔

硐室支護完成后，將橫梁放入兩個鐵塔硐室內，再將兩座鐵塔分別安設于硐室內，25采區1號軌皮聯巷東幫鐵塔安設在距25采區膠帶巷南幫200 mm，距25采區1號軌皮聯巷東幫2 m處，25采區1號軌皮聯巷西幫鐵塔安設在距25采區膠帶巷南幫200 mm，距25采區1號軌皮聯巷西幫100 mm處。每座鐵塔由上下兩部分組成(上部與下部采用4條高強螺栓進行固定連接)，鐵塔高3.2 m，上部高1.3 m，下部高1.9 m。鐵塔安設完成后，將兩根長8.7 m的工字鋼兩端分別固定在兩座鐵塔上作為橫梁，橫梁采用高強螺栓與鐵塔固定連接。

2.4 架設抬棚

鐵塔與橫梁安設完成后，開始架設抬棚，從25采區膠帶巷返掘段抹角區由東向西補架抬棚至25采區1號軌皮聯巷內鐵塔處，抬棚棚梁長5.6 m，一端搭接在橫梁上，一端采用1根3.6 m的棚腿配合斜撐梁支撐，棚距為500 mm，兩幫各安設一道角鐵拉桿。頂幫均用剎桿、半圓背緊，頂6幫4(見圖3)。交叉點處抬棚架設完成后再向東施工25采區膠帶巷。

圖3 交叉點處抬棚架設示意(mm)

2.5 抬棚施工工藝

1) 豎鐵塔。將橫梁兩端分別橫放于兩側硐室內，然后開始組合安裝鐵塔，先將鐵塔上部與下部采用高強螺栓固定在一起，然后豎起鐵塔，在鐵塔底部打設地錨進行固定，鐵塔要支平放穩。確保兩座鐵塔頂端處于同一水平，最后將橫梁兩端采用U型卡分別固定在兩座鐵搭上端。

2) 澆筑。將鐵塔和鐵塔硐室使用C20混凝土進行澆筑。

3) 鑿柱窩。用尺子或拉桿量好柱窩位置，用風鎬或尖棍鑿出柱窩，柱窩要鑿平到實底并墊鞋板,柱窩深度應不小于50 mm。

4) 豎腿。兩人合作，將棚腿豎到鞋板上，并上好角鐵拉桿，一人將棚腿扶牢，防止腿倒傷人。工字鋼棚間采用角鐵拉桿連接，巷幫距棚腿肩章往下300 mm處各安設1道，距棚梁端頭及鐵塔外邊緣500 mm處各安設1道，并保證整齊成線。

5) 上梁合口。利用梯子以及作業平臺，一幫一人抬起棚梁，再與扶腿人員配合，把梁腿、棚梁與橫梁合口。

6) 棚梁合口后，由驗收員指揮，兩幫人員擺動棚梁，調好棚子中線，確定岔角、中線、迎山無誤時，快速用剎桿、半圓、木楔將頂幫背實，頂幫背實確認無問題后，再架設第二架棚。

3 過斷層后期施工方案

施工膠帶巷正巷時，工作面巖石增厚至2 m且硬度也增加到f≥7，掘進機截割困難，截齒磨損嚴重，用時增長；由于截割時間長，機器油溫高，設備元件及配件損耗消耗量增大，成本升高；巖石硬度增加，截割過程中產生火花，對安全帶來一定影響；因此需及時調整施工方案。

將掘進機直接施工方式改為炮掘配合掘進機出渣方式施工，支護方式不變。根據現場情況，先對上部2 m巖石段進行打眼放炮，出渣時對下部煤體進行直接截割；巖石部分使用7655風鉆打眼，炮眼深度1 m，裝藥量最大不超2卷。炸藥為煤礦許用三級乳化炸藥，毫秒延期電雷管。放炮后使用掘進機配合出渣。

4 結 語

巷道“丁”字口遇到斷層前，要及時聯系地測部門提前進行精探，探明斷層位置、參數、影響范圍等，及時制定過構造施工方案，提前準備架棚材料，根據掘進機型號確定抹角大小鐵塔尺寸，按順序施工一次到位，才能提高掘進效率，快速安全通過斷層。