掘進巷道過斷層安全施工技術應用

王罡華

（山西長平煤業有限責任公司，山西 晉城 048000）

在進行巷道掘進作業時，如遇到斷層很容易受地質構造影響而發生頂板破碎、下沉等現象，導致巷道頂板的穩定性下降，這樣不僅會嚴重影響工作面的正常推進，還會導致工作頂板面維護難度加大。同時在工作面經過斷層區域時，周圍巖體會受到地質構造的影響而發生塑性變形，導致工作面在推進時發生大面積片幫及頂板冒落。因此，本文通過利用先進的生產工藝并采取有效的支護措施，避免工作面發生冒頂事故。

1 運煤聯絡巷概述

山西長平煤業有限責任公司運煤聯絡巷整體北高南低，中部地段起伏，巷道與施工措施巷的交叉口處為巷道最低點。巷道4-5段的穿層坡度為-10°，下山延伸190 m至H點，從H點以3‰水平延伸至I點。運煤聯絡巷尾部布置在煤倉下口回風聯絡巷，南部為六盤區排矸機北巷，西部為蘆家峪工業廣場及4321綜放工作面（回采結束），北部為43172巷（停掘），東部為4307工作面（回采結束）和4323綜放工作面（回采結束），相鄰巷道掘進情況對本巷道掘進無影響。

運煤聯絡巷長度為492 m，巷道斷面規格為寬×高=4.8 m×3.1 m，截至目前巷道已掘進170 m。根據地測科提供資料顯示，巷道掘進至182 m處預計揭露一條F4逆斷層，斷層落差為2.0 m，傾角為55°。受斷層影響使得巷道掘進難度大且圍巖破碎相對嚴重，對此綜掘三隊為了提高巷道過斷層的掘進速度，保證巷道支護效果，決定在過斷層期間采取合理有效的掘進工藝及支護技術。

2 施工工藝

2.1 掘進工藝

運煤聯絡巷在未遇斷層之前主要是采用掘進機進行推進，當工作面遇到斷層后如繼續使用掘進機將會導致留頂難度大、頂板大面積空頂，給后期的推進造成嚴重的后果。因此，巷道在遇到斷層后主要采用松動爆破仰斜掘進工藝。

1）巷道掘進至172 m處時，調整巷道掘進角度，以6°仰角上山掘進。上山掘進時頂板的走向要與巷道傾角一致，這樣才能確保巷道高度不會發生變化。

2）爆破作業時，在巷道的斷面位置施工3排鉆孔用來爆破，爆破孔的深度設定為1.2 m，仰角設定為6°，每排鉆孔的個數不得少于5個。

3）待全部鉆孔施工完畢后，將藥卷、雷管依次放入爆破孔內，并在藥卷正向插入雷管，每個爆破孔內均要填加藥卷與雷管，填加完畢后用水炮泥將孔口封死。

4）為了防止空頂距離太大，一次性爆破數量最多為5個，并且要對爆破后的空頂及時進行支護。

5）當巷道掘進10 m后，巷道遇斷層上盤煤層頂板，此時施工人員要及時改變掘進的坡度，沿上盤煤層頂底板的方向平行前進，之后仍然采用之前的掘進機繼續掘進。

2.2 支護工藝

為了確保巷道在上山期間的正常銜接，要特別制定合理的生產工藝以確保斷層處上盤處留頂煤及下盤破頂巖。

1）掘進工作面在推進時，遇到斷層后就要對原來的支護工藝進行優化，巷道在上山過斷層時要對下盤的頂板進行破巖。根據地質資料顯示，下盤巖石均為炭質泥巖，這種泥巖的膠接性差，在破巖時會造成頂板破碎等情況，因此要采用錨索網及鋼帶對頂板進行臨時的密集支護。支護工藝如下：采用左旋無縱筋螺紋鋼錨桿對頂板進行支護，錨桿的直徑與長度分別為22 mm、2 500 mm，每排施工的錨桿數為6根，相鄰錨桿的距離為900 mm，相鄰兩排錨桿的距離為1 000 mm；與錨桿配套的鋼帶選用'JW'型鋼帶，鋼帶的長寬分別為4 500 mm、280 mm；在頂板的空頂區域內安裝組合錨索，相鄰兩組組合錨索的間距為3 000 mm，組合錨索主要由5根錨索及邊長為500 mm的正方形鋼托板構成，相鄰組合錨索的距離為2.0 m，錨索的長度設計為8.3 m，如圖1所示。

圖1 運煤聯巷過斷層聯合支護斷面示意圖（mm）

2）當工作面通過斷層分界線向上盤推進時，勘測人員勘察上盤頂部的三角煤柱的厚度為0~1.2 m，由于三角煤柱均為石炭系煤層，這種煤層的煤質較軟，留住三角煤柱的難度較大。因此，施工人員采用注漿及架棚集合的方式對三角煤柱進行支護。支護工藝如下：對上盤裸露出來的三角煤柱進行鉆孔，鉆孔要與頂板保持平行，鉆孔施工完畢后采用注漿泵將馬麗散粘接劑注入煤柱內，待黏接劑完全凝固后方可繼續作業；上、下盤要采用相同的支護方式對頂板進行永久支護，為了防止三角煤的不穩定性，還需在煤柱下方安裝工字鋼棚，為了避免工字鋼棚在傾斜的巷道側翻，需使用連接桿將相鄰的兩架鋼棚固定，并保持1 m的間距，同時使用水泥背板對頂板與鋼棚的間隙進行填充。

3 安全技術措施

1）巷道在過斷層期間，每隔5 m的距離需施工一個觀測孔，觀測孔的深度要大于8 m，利用觀測孔來監測上覆巖層，為防止離層后沒有及時采取措施的情況發生。

2）頂板安裝的組合錨索及錨桿的預緊力都必須達到要求，錨索要大于24 MPa，錨桿要大于200 N·m。為了確保錨固端位于堅硬的巖層內，錨桿錨固的長度要大于900 mm，錨索錨固的長度要大于1 500 mm，這樣才能增加支護的懸吊效果。

3）松動爆破時要嚴格控制每個爆破孔內的藥量，通常單孔藥量要少于0.3 kg，一次性爆破數量最多5個，填加完畢后及時用水炮泥將孔口封死，并留有大于0.5 m的封孔長度。

4）爆破后頂板出現空頂時要及時進行支護，過斷層期間，施工人員需派專人實時觀察頂板的離層情況，并合理控制掘進的尺度。

5）巷道在進入仰角推進時要安裝超前支護，后續的所有作業都必須在超前支護的掩護下進行。

6）巷道在進入仰角推進時上盤三角煤柱會隨著掘進巷的推進而變厚，特別是在斷層交界處進入上盤時，由于頂煤較厚，很容易發生頂板冒落，因此需要使用錨索網、注漿、鋼棚對頂板進行支護。

7）對頂板進行注漿作業時，如發現破碎煤壁有粘接劑滲出時要及時停機，注漿后還需安排專人對注漿后的三角煤柱進行觀察，如注漿的煤柱存在不均勻或脫落時，要等注漿液凝固后再重新注漿。

4 應用效果

截至目前，巷道已完全過F4斷層帶，通過對巷道過斷層施工工藝及支護工藝進行優化后，巷道在過斷層期間的平均速度提高至6.7 m/d，巷道過斷層期間頂板未出現大面積破碎、冒落現象，有效地保障了巷道安全快速掘進，并對類似地質條件的巷道安全掘進提供了有力實踐依據，取得了顯著的安全效益。