三交河礦綜掘面安全高效過斷層技術研究

武 云 光

（霍州煤電集團汾河焦煤公司三交河煤礦，山西 洪洞041600）

1 工程概況

三交河礦11-1041 巷位于+850 水平北翼，其東側、西側、北側均為實體煤，南側為下組煤皮帶巷，巷道用于104 工作面回采期間的運煤、進風、行人等任務。104 工作面標高+850～+900m，地面標高+1094～+1208m，上覆基巖厚194～358m，煤層均厚2.9m，平均傾角6°，煤層結構復雜，厚度穩(wěn)定，頂?shù)装鍘r性見表1。

表1 頂?shù)装鍘r性參數(shù)

1041 巷斷面為矩形，掘寬為4.5m、凈寬為4.3m，掘高為3.2m、凈高為3.1m，采用EBZ-200A 型掘進機在煤層中掘進。工作面掘進過程中會揭露斷層及復合頂板破碎處，揭露斷層為進尺120m 時的正斷層，斷層落差0.8m，斷層附近頂板裂隙發(fā)育，巖石破碎難控制，影響了巷道掘進工作的進展[1-3]。

2 巷道安全高效過斷層技術探究

2.1 綜掘快速掘進技術

1041 巷揭露的斷層落差較小，采用綜掘機過斷層時可以直接快速推過。過下壓正斷層時，可以采用下盤臥底、上盤挑頂方式，沿腰線施工，兩處同時確保巷道高度，在上下盤結合處補打錨索進行加強支護；過上跳正斷層時，直接割頂，根據(jù)落差確定臥底量[4-6]。巷道綜掘機上下坡過斷層示意如圖1 所示，掘進過程中盡量避免機器在全巖層中工作，破頂或破底后應盡快掘進至另一盤的全煤位置，避免行走作業(yè)，禁止超負荷運轉。

同時，綜掘機可采用小直徑截割頭，增加外層耐磨處理工藝。當遇到大塊堅硬巖層時，采用深孔靜態(tài)爆破方式進行碎巖，增加堅硬巖體的破裂性，減少綜掘機負荷，縮短過斷層時間。在截割頭降塵用水中增加除塵添加劑，通過噴嘴與水混合后進行降塵、除塵，改善過斷層期間的工作環(huán)境。

圖1 綜掘快速過斷層示意

2.2 過斷層破碎帶支護技術

1041 巷道在斷層附近的上下盤區(qū)域頂?shù)装鍑鷰r狀況較差，確定采用錨桿索聯(lián)合支護形式。具體支護方式與支護材料選取如下：頂板支護采用錨網、錨桿、錨索、鋼帶聯(lián)合支護方式，頂錨桿型號為BHRB-335/Φ20mm×2500mm 的高強錨桿，“五·五”布置，間排距“1000×1000”mm，頂板肩角錨桿距幫250mm，選用CKB2340 錨固劑一條和Z2388 錨固劑一條，其中CKB2340 錨固劑位于底部；頂錨索型號為1×7/Φ21.6mm×7200mm 鋼絞線，“三·三”布置，間排距“1200×2000”mm，錨索施工在兩排頂錨桿正中，頂板肩角錨索距幫1050mm，選用Z2388 錨固劑兩條；幫錨桿BHRB-335/Φ20mm×2000mm 的高強錨桿，“三·三”布置，間排距“1200×1200”mm，第一根幫錨距頂板300mm，選用Z2388 錨固劑一條。為了減少雜散電流對工作面的影響，巷道頂幫每隔50m 鋪設一道1m 寬的雙層塑料網。

頂錨索托盤選用高強度托盤，托盤選用300mm×300mm×16mm 厚的高強度調心托盤；頂錨桿使用鋼帶配合錨桿墊片進行支護，鋼帶選用長×寬=4200mm×280mm 的5 孔鋼帶，眼距1000mm；頂、幫錨桿墊片均選用高強度托盤，規(guī)格為150mm×150mm×8mm，配套調心球墊和尼龍減摩墊片。錨索鎖具選用300mm×300mm×16mm 厚的高強度調心托盤配合MX 形鎖具進行支護。幫部錨梁12#鋼筋制作而成，規(guī)格為2900mm 長的3 孔錨梁，眼距為1200mm。頂、幫金屬網均選用網格為100mm×100mm的片網，規(guī)格為1100mm×2200mm。每50m 全斷面鋪設一道雙層塑料拉伸網，塑料拉伸網網格為40mm×40mm，規(guī)格為2800mm×1250mm。

以上支護方式主要針對的是斷層上下盤頂板破碎帶，在斷層周圍的頂板極易冒落帶上（如圖2 所示），可以在距斷層5～6m 時注入馬麗散，將破碎頂板粘接在一起，形成整體穩(wěn)定結構，對冒落頂板進行加固處理，最大限度保證斷層破碎帶附近的圍巖完整性[7,8]。

圖2 斷層附近破碎帶分布

3 巷道掘進控制效果分析

1041 巷道掘進過程中，為定量表征巷道控制效果的優(yōu)劣，需要對巷道整體進行綜合監(jiān)測。監(jiān)測主要有三部分：頂板離層量、錨桿索受力和表面位移，其中表面位移監(jiān)測是評價巷道控制效果的最直觀數(shù)據(jù)。巷道表面位移監(jiān)測測站布置范圍為30m，分別為斷層前后各15m，布置的方式為隨巷道掘進依次布置，滯后掘進迎頭3～5m，共布置四個測站，其中測站1、測站2布置在過斷層前，測站3、測站4 布置在過斷層后。采用“十字布點法”布置測站，單個測站內設置兩個監(jiān)測斷面，斷面間距1.0m。選取1041 巷道推過斷層前后的四個測站監(jiān)測數(shù)據(jù)見表2，將選取推過后0～15d 范圍內的頂板移近量變化展示如圖3 所示。

圖3 監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線

工作面推過斷層時，頂板移近量從29.1cm 增加至36.7cm，推過斷層后繼續(xù)增加至56.2，之后降低至31.2cm，斷層對巷道頂板下沉的影響非常明顯。斷層附近的測站2 和測站3 的最大移近速度與平均移近速度均較其他兩個測站大，尤其是推過斷層的測站3，無論是頂板移近量還是變形速度都是最大值，這種情況說明斷層對巷道掘進的影響會保持到推過斷層后的一段距離。從推過斷層后的0～15d 時間來看，隨著時間的增加，頂板下沉量逐漸降低，最后基本趨于0，說明在一段時間后，1041 巷道圍巖變形情況能夠得到穩(wěn)定控制，巷道服務質量可以得到保證。

表2 監(jiān)測數(shù)據(jù)一覽表

4 結 論

基于三交河礦1041 巷道掘進期間揭露斷層的工程背景，研究了掘進煤巷安全高效過斷層技術，確定采用快速推進和錨桿索聯(lián)合支護的方式進行過斷層巷道穩(wěn)定性控制。1041 掘進巷道監(jiān)測結果顯示巷道圍巖在過斷層前后有頂板下沉增大趨勢，頂板移近量最大為56.2cm，采取上述措施后在一定服務時間內，巷道變形逐漸收斂，最終基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)，巷道完整性得到保證，掘進煤巷穩(wěn)定性得到良好控制。