綜掘工作面快速高效過斷層技術研究

詹天宇

（山西新景礦煤業有限責任公司，山西 陽泉 045008）

在煤礦巷道進行掘進過程中，因為構造應力對巷道所產生的影響，就會使頂板圍巖發生破碎，容易造成煤巖巷有冒頂事故發生，導致損失比較嚴重。以此為基礎，華陽集團某礦通過選取錨網索復合支護來補強頂板，并經過化學藥劑的注射而將頂板所存在的支撐力與完整性提高，降低巷道圍巖受構造應力所帶來的擠壓的影響，進而保證掘進過程中的施工安全與工程質量[1]。

1 簡述工程狀況

華陽集團某礦2802 運輸巷即為2802 綜采工作面進行回采過程中的運輸巷道，將斷面設計成矩形，設計的凈高、凈寬、凈斷面積分別是3.8m、5.4m、20.52m2。將錨網索復合支護的方式使用到巷道中，在掘進巷道時，會使用綜掘機，且綜掘機的型號是EBZ-260，該型號綜掘機的掘進方向與煤層底板的相同，巷道方位設計成270°，整個煤層傾角是7°～9°。

在探查礦井井田區域中的異常的構造時，可以使用三維地震勘探來進行，得知，2802 工作面中的400m位置處有斷層發生。掘進2802運輸巷，并掘進到400m時，在對超前地質進行施工之后，再驗證探查其構造體是否真實，得知，在鉆孔之前的30m 都是煤層，鉆孔后30m 的會見巖，且角度不同，在穿巖過程中，不同程度地提升了鉆機系統的壓力，說明在鉆進過程中會遇到不同的巖性，會遇到砂巖、泥巖，砂巖的質地比較硬，泥巖的硬度比較小，這就體現了斷層沒有相同的落差。該斷層會影響巷道的掘進，經過對探查鉆孔進行施工，未有水從孔中冒出，導水性不明顯，在掘進過程中，構造體會影響頂板，煤層是較為松軟的，頂板破碎，不易支護。

2 分析快速綜掘技術與過破碎帶過程內的頂底板支護技術

2.1 分析快速綜掘技術

當2802運輸巷過斷層過程中，首先要煤巷掘進，然后掘進到巖巷，再將缺少的煤層找到，然后順著煤層進行施工，直至斷層出現，第二次從巖巷進到煤層，過斷層的次數一共是2次，這個過程中，在綜掘機靠近斷層面時，由于原始地應力的影響，該區域煤巖體是松軟易破碎的。在從煤層位置進到巖巷時，綜掘機需臥底下切，這樣會影響綜掘機底板所具有的支撐力；在綜掘機從巖巷再次進到煤巷時需要挑頂上山，不易頂板支護，而且不管挑頂還是臥底，均將綜掘施工的工程量增加了，限制了綜掘進度。為了使綜掘機掘進坡度最大在12°以下及最佳工程設計的要求得以滿足，可以此為參考來對巷道施工坡度進行設計。圖1就是綜掘機過斷層剖面圖。

圖1 綜掘機過斷層剖面圖

為了防止綜掘機掘進過程中遇到的巖層的質地比較硬，而嚴重磨損截割頭的截齒，及在破巖過程中增加了截割搖臂的負荷，而使綜掘機長期超負荷運轉所損壞的設備減少，應按照超前探鉆孔來將資料揭露，提前將巷道坡度設計好，將掘進過程中設備的維修加強，保證運行[2]。

2.2 分析過破碎帶過程內的頂底板支護技術

當2802 運輸巷進行過構造過程中，因為頂板圍巖發生破碎，降低了整個結構的穩定性，一般的支護方式無法補強頂板，所以就使用鋼帶+錨桿索掛網復合支護方式來取代一般支護。所使用的頂錨桿的規格是BHRB-335/?20mm×2500mm，且是高強度正旋錨桿，依據五花眼方式來對施工進行布置，將間排距設計成1000mm×1000mm，將錨桿補打到與幫距離250mm 的位置，數量是1根，使用錨固劑來進行錨固，錨固劑型號分別是CKB2340、22388，錨固外段的是22388，錨固孔底的是CKB2340，提高錨固速度；將錨桿布置到幫部，且錨桿布置依據的三花眼方式，設計間排距是1200mm×1200mm；將頂板錨按照三花眼方式來進行布置，使用鋼絞線，且鋼絞線的型號是?21.6mm×7200mm，設計的間排距是1200mm×2000mm，在對錨索與錨桿施工時，二者一定要插花間隔的進行，防止頂板穿孔，將懸吊錨固的成效降低。

在完成頂幫錨索、錨桿之后，會選用規格是300mm×300mm×16mm 的錨索托盤，且該型號錨索托盤是可調心的、高強度的。在結束錨桿的打設之后，會選用錨桿托盤墊片和“W”型鋼帶來復合加固，“W”型鋼帶的長與寬分別是4200m、280mm，“W”型鋼帶的中心與兩側孔之間的距離是1m，1 條鋼帶上一共可以施工的錨桿是5 孔，會與尼龍墊片與調心球墊配套著使用，最大程度降低摩擦阻力。

錨索要和MX形鎖具支護、調心托盤配套著使用，選用的調心托盤的規格是300mm×300mm×16mm；將規格是100mm×100mm 的金屬網掛設到頂幫，且金屬網是片狀菱形的，將該鋼絲網進行搭接，進而聯網，使每張網的規格都是1100mm×2200mm，基于錨網索綜合支護，能夠有效避免過構造過程中漏巖片幫面積較大而導致發生網兜問題。在掘進過程中，可對鉆孔超前施工，將馬麗散加注到破碎的頂幫中，進而使破碎頂板更加粘接，使整體更加完整，有利于施工頂板支護。圖2就是過構造期間頂幫支護圖。

圖2 過構造期間頂幫支護

3 分析頂板支護效果下的圍巖形變

當2802 運輸巷掘進過構造過程中，為了對巷道圍巖在使用措施之后的形變與應力效果進行分析，可以從幫部位移、監測錨桿的受力變化及頂板移近量等方面來進行，在上述方面中，最直觀的觀測的就是頂幫位移移近量。所以，將監測布置到巷道掘進過構造之前與之后的30m區域中的應力集中范圍中。為了更好地對使用措施之前與之后的支護成效進行觀測，可以在未過構造之前的30m 區域中布置測點，共布置2 個測點，分別為測站1、測站2,2 個測點的距離是15m，在過構造之后也設置2個測點，分別是測站3、測站4。將頂板離層儀布設安裝到測站上，頂板離層儀的布設會依據巷道的不斷掘進來進行，安裝與布設不可同時進行，布設要先于安裝5m，依次將4個測站進行安裝，在結束安裝之后，將15d作為1個觀察周期，得出了如圖3所示的巷道移近量圖。

圖3 巷道移近量

通過分析圖3發現：測站1 說明在掘進過程中，自布置至觀測周期中頂板移近量無較大波動，比較平緩，由于動壓所產生的影響，隨著時間的增長，頂板移近量逐漸走向穩定，直至接近300mm,并持續了較長時間，這就體現了頂板下沉比較緩慢，在下沉至受力平衡時停止下沉；測站2因為與斷層面的距離比較近，由于綜掘機的不斷推進，距離構造區域越近應力就更集中，頂板位移在剛開始安裝時的移近比較緩慢，從開始到第3d 移近量就從375mm 下降到了323mm，可在第3d 至第5d，移近量就變緩了，變化至136mm，進而逐漸走向穩定[3]；測站3 最高的頂板位移量是571mm，頂板位移量從第1d 開始快速下降，一直下降至第7d，下降速度減緩，頂板位移量變為42mm，繼而逐漸穩定；由于測站4 與斷層面的距離比較遠，那么整個變化周期不長，基本在5d 之內就逐漸穩定了，移近量也逐漸平緩。這就說明構造區域所影響的范圍中的動壓持續的時間不短，應力比較集中，就造成頂幫移近量快速改變，可在使用復合支護進行加固之后，測站1 可以增長持續時間，增長到15d左右，可加固之后，測站4與測站3在短時間內就能受力平衡，可以對頂板下沉進行很好的控制，降低移近量，很好地控制了巷道變形[4]。

4 結束語

（1）當綜掘巷道過構造帶范圍時，作用到巷道兩側的應力是最集中的，最不易頂幫支護的，需要避免突然釋放應力而發生來壓、冒頂事故，防止由于工程質量達不到合格標準而發生事故。

（2）經過未過構造之前提早注漿來將超前支護加固，選取錨網索復合方式來將頂幫加固，這樣不但可以支護補強頂板，還能夠將過構造過程中釋放應力而造成的巷道變形緩解，保證巷道斷面是有效的，降低對巷道支護與圍巖所產生的影響。