松動爆破在綜掘煤巷快速過斷層的應用

王義平

（山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦，山西 呂梁 033102）

斷層是巷道掘進過程中常見的地質構造，斷層侵入造成煤巖體空間上錯位、不連續，不僅降低了采掘作業效率，增加了過斷層期間的破巖量，而且受斷層應力影響，斷層附近巖體破碎，易出現頂板垮落、煤壁片幫等。所以過斷層時根據斷層特征采取合適的過斷層施工工藝以及支護工藝對巷道安全、高效掘進具有顯著的作用。本文以店坪煤礦2062巷掘進過F4斷層為例，對快速過斷層施工工藝以及圍巖控制進行探討[1-5]。

1 概述

山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦2062巷布置在井田二采區東部，巷道從830 m水平大巷開口，東西走向布置，巷道北側為204采空區，西部為南翼回風巷，南部為實煤區，東部為井田邊界。2062巷設計長度1724 m，巷道為矩形斷面，寬度為4.2 m，高度為3.1 m，巷道掘進煤層為9#煤層。9#煤層位于太原組中部，煤層平均厚度為3.1 m，平均傾角為3°，煤層頂底板巖性見表1。

表1 9#煤層頂底板巖性表

2062巷地質資料顯示，2062巷掘進區域地質構造單一，主要以中小型斷層為主。其中，位于巷道940 m處的F4正斷層落差最大，為2.0 m，傾角為52°，對巷道掘進施工影響較大，其他斷層平均落差在0.8 m以下，對巷道掘進影響較小。

2062巷掘進至910 m處時，對巷道迎頭施工三個鉆孔（1#、2#、3#），鉆孔施工在距底板1.8 m處，鉆孔深度為100 m。其中，1#鉆孔仰角為3°，2#鉆孔仰角為0°，3#鉆孔俯角為3°。通過鉆探結果發現，位于920 m處存在F4斷層，且掘進側為斷層下盤，斷層上盤處煤體下移，斷層對巷道掘進影響長度為42 m。

2 巷道過斷層施工工藝

2062巷采用EBZ260型掘進機截割，若按原巷道設計坡度掘進，巷道破巖量大，掘進機截割頭磨損嚴重，綜合分析后決定采用俯斜爆破法過斷層。

（1）由于F4斷層侵入后造成上盤煤體下移，如圖1， 2062巷在揭露斷層前以設計坡度下山掘進，下山掘進過程中留下盤頂煤、破底巖。由于留頂煤時煤體穩定性差、易垮落，留頂煤期間應對頂煤采取合理的加強支護措施。

圖1 2062巷俯斜掘進剖面示意圖（mm）

（2）2062巷掘進至915 m處（距F4斷層為25 m），巷道以5°下山角進行掘進。下山掘進時需破下盤底板中粒砂巖，由于該巖體單軸抗壓強度為45 MPa，硬度高，采用掘進機破巖難度大、設備損壞嚴重，對巖體區域采用松動爆破法施工。

（3）巷道在下山掘進時需預留頂煤，由于頂煤穩定性差，在前6 m下山掘進時頂煤最大厚度為0.7 m，頂煤很難預留，易出現垮落事故，所以在該區域掘進時，采用留臺階法掘進，即巷道頂板沿煤層頂板進行掘進，巷道底板按5°俯角下山掘進。

（4）當巷道掘進6.0 m后，在工作面迎頭頂板往下0.7 m處留臺階并對留臺階處頂板采取特殊控制維護，臺階預留后工作面頂底板以5°俯角繼續下山掘進。

（5）隨著逐漸揭露斷層上盤煤體，破巖厚度逐漸加大，在破巖厚度小于1.0 m時采用掘進機破巖，當破巖厚度大于1.0 m時采用松動爆破施工工藝，每排施工5個爆破鉆孔，鉆孔深度為1.0 m，鉆孔間距為1.0 m，排距為1.5 m，每個鉆孔內填裝一支長度為0.35 m、直徑為30 mm的礦用抗水乳化炸藥。

（6）爆破完成后，采用掘進機清理煤矸。當巷道下山掘進25 m后，且完全揭露斷層上盤煤體頂底板時，調整巷道掘進坡度，并停止爆破施工，巷道沿斷層上盤煤體頂底板平行掘進。

3 過斷層帶頂板支護技術

3.1 留臺階處頂板加強支護

（1）因頂板在留臺階時臺階厚度小、臺階煤體穩定性差，臺階預留難度大，決定對臺階5.0 m范圍內頂板采取“注漿、超前管棚支護、鋪設鋼筋網以及施工組合錨索”進行加強支護。

（2）留臺階前，先對留臺階設計頂板位置施工一排密集超前管棚支護。管棚支護體長3.5 m，直徑為30 mm，超前管棚支護體布置間距為0.3 m，共計施工兩排，支護體以5°俯角布置。

（3）超前管棚支護施工完后，掘進機單茬掘進深度控制在1.0 m以內，掘進后及時對頂板鋪設特制鋼筋網，每片鋼筋長度為4.2 m、寬度為1.2 m，鋼筋網采用直徑為5 mm圓鋼交錯編制而成，鋼筋網搭接處采用14#鉛絲環環連接。

（4）鋼筋網鋪設完后，在其5.0 m范圍內頂板施工三排組合錨索，每組組合錨索主要由一塊長度及寬度為0.5 m鋼托板以及四根長度為8.3 m、一根長度為10.3 m錨索組成。每排施工三組組合錨索，布置間距×排距=1.6 m×2.0 m，第一組組合錨索施工在距臺階邊緣1.0 m處，如圖2。

圖2 過F4斷層期間巷道頂板支護平面示意圖

3.2 留臺階5.0 m后頂板支護

巷道下山掘進5.0 m后，頂板停止施工超前管棚支護，并將鋼筋網替換為傳統的金屬網，頂板采用“注漿+邁步式組合錨索+梯形鋼棚”聯合支護。

（1）注漿鉆孔施工在距頂板0.5 m處迎頭煤體上，每排布置3個注漿鉆孔，鉆孔深度為3.0 m，布置間距為1.8 m，鉆孔以45°仰角布置。鉆孔施工后，對煤體內采用馬麗散注漿加固。

（2）注漿完成后，巷道掘進時在頂板原永久支護的前提下頂板組合錨索采用“一.二.一”布置方式，組合錨索布置間排距為2.0 m。

（3）頂板組合錨索施工完后在下山巷道架設密集梯形鋼棚，鋼棚主要由頂梁、棚腿、連接拉桿以及卡纜等部分組成。梯形鋼棚架設時棚腿迎山角設置為80°，鋼棚架設間距為1.0 m。鋼棚架設完成后在相鄰兩架鋼棚之間采用三組拉桿進行連接。

4 結語

（1）目前，2062巷已掘進至990 m處，通過現場觀察發現F4斷層對巷道實際影響長度為44 m，與鉆探結果基本相符。

（2）采取俯斜爆破施工工藝后，避免了掘進機直接破底巖時截割電機、截齒等配件損壞，俯斜掘進期間更換6個截齒，未出現截割電機、減速機燒毀現象。

（3）采取聯合支護措施后，通過15 d現場觀察發現，巷道在過斷層期間頂板未出現破碎、垮落。在過斷層后8 d范圍內構造應力在釋放過程中對斷盤兩側巖體產生蠕動破壞作用，頂板下沉量0.11 m；在8～15 d范圍內，頂板蠕動變形現象逐漸減弱。