礦井安全高效過斷層技術(shù)的實踐研究

翟小虎

（大同市青磁窯煤礦，山西 大同 037004）

引言

近年來，由于中國煤礦年產(chǎn)量的逐漸遞增，煤炭井下開采工作面也向縱深方向發(fā)展。在礦山巷道掘進過程中，往往會出現(xiàn)斷層，斷層的出現(xiàn)會對正常掘進工作產(chǎn)生一定的影響，因此，需要尋找適當(dāng)?shù)挠行Т胧┐┻^斷層，以實現(xiàn)有效的安全生產(chǎn)。以某煤礦為研究目標(biāo)，通過巷道安全高效過斷層技術(shù)探究，從而順利進行巷道掘進工作[1]。

1 某工作面及掘進設(shè)備概況

1.1 基本情況

該礦巷道位在水平北翼上，它的東面、西面、北面均為上實體煤，南面為下組煤皮帶巷，巷道主要用于某工作面回采時期的運煤、進風(fēng)口、行人道等任務(wù)。作業(yè)面標(biāo)高+850～+900 m，地面標(biāo)高+1 094～+1 208 m，上覆基巖層厚為194～358 m，煤層均勻厚薄為2.9 m，均勻傾斜度為6°，煤層的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，但厚薄較為平穩(wěn)，構(gòu)造為巖性構(gòu)造，如表1 所示為頂?shù)装鍘r性數(shù)據(jù)。

表1 頂?shù)装鍘r性數(shù)據(jù)

1.2 掘進設(shè)備

該巷道截面為長矩形，掘?qū)挒?.5 m、凈寬為4.3 m，掘高為3.2 m、凈高為3.1 m，使用先進型號EBZ-200A 型挖掘機，在深煤層開采中挖掘。它所面臨的主要問題，是在掘進過程中經(jīng)常會揭露斷裂和復(fù)合頂板的斷裂處，揭露斷面通常是進尺120 m 時的正斷層，斷裂落差為0.8 m，且斷裂附近頂板裂縫明顯發(fā)育，對巖層破壞難以遏制，嚴(yán)重影響著巷道挖掘工作的正常發(fā)展[2]。

2 巷道安全高效過斷層技術(shù)

2.1 綜掘快速掘進技術(shù)

因為該巷道斷層落差較小，當(dāng)綜掘機在經(jīng)過斷層區(qū)時也能夠很迅速地通過。采用上下盤臥、上盤挑頂?shù)姆绞酵ㄟ^下壓正斷層[3]。同時，施工必須沿腰線進行，以確保兩側(cè)巷道高度，而支護的方法則為上下盤在最適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合點進行補打，錨頭也進行了保護；采用了直接割頂?shù)姆椒ǎ仁峭ㄟ^上跳正斷層，接著利用落差數(shù)據(jù)確認臥底量。圖1 所示為巷道綜掘機的上下坡過斷層示意圖。

圖1 綜巷道綜掘機上下坡過斷層示意

在掘進工作中，一定要防止機器在巖層中同時進行作業(yè)，如破頂或破底之后，要在確保安全的情況下，挖掘至另一處的全煤位，以此來規(guī)避行走作業(yè)、超負荷運行[4]。

如果需要加強外部耐磨處理技術(shù)，綜掘機可采用小口徑截割頭；如遇堅硬巖層時，采用深孔或靜態(tài)爆破的方法來擊碎巖層，并由此方法來降低工作機器的負荷量，從而極大地縮短過斷層的時間[5]；同時，也可利用截割頭降塵或使用除塵添加劑，使噴頭和水流混勻后，再加以除塵，從而改變過斷層作業(yè)期間的環(huán)境污染。

2.2 過段層破碎帶支護技術(shù)

具體保護方法：頂板保護采取錨網(wǎng)、錨桿、錨索、鋼帶的聯(lián)合保護方法[6]。

支護材料選取：頂錨索規(guī)格為BHRB-335/Φ20 mm×2 500 mm 的高強錨索，“五五”布局，間排距為1 000 mm、1 000 mm，頂部肩角錨桿距幫250 mm，采用CKB2340 錨固劑一根和Z2388 錨固劑一根，同時CKB2340 錨固劑置于下部[6]；頂錨索規(guī)格為1×7 股/Φ21.6 mm×7 200 mm 鋼絞線，“三三”布局，間排距為1 200 mm、2 000 mm，錨頭施工于兩排頂錨索正中，頂部肩角錨頭距幫1 050 mm，采用Z2388 鋼錨固劑兩條；幫錨索BHRB-335/Φ20 mm×2 000 mm 的高強錨索，“三三”布置，間排距為1 200、1 200 mm，第一只幫錨距頂板300 mm，并采用了Z2388 錨固長度劑一條[7]。為降低輸送電流對工作面的沖擊，巷道與頂幫之間各隔50 m 設(shè)置了一個1 m 長的雙層塑料網(wǎng)[9]。

上述支護方法重點是對斷層上下盤的頂板破碎帶，如圖2 為斷層附近破碎帶分布圖。

圖2 斷層附近破碎帶分布

3 巷道掘進效果分析

此巷道挖掘過程中，為了分析其好壞，必須嚴(yán)格地對巷道的整體進行檢測分析。檢測具體內(nèi)容大致分為頂板離層率和錨桿索受力與表面位移[8]。評估巷道控制有效性的最直接的數(shù)據(jù)分析，便是表面位移檢測。巷道表面位移監(jiān)控測站的布設(shè)區(qū)域范圍為30 m左右，大小依次為斷面前后各15 m 左右，隨巷道挖掘順序進行布設(shè)，滯后掘進為迎頭差3～5 m，共布設(shè)了4 個測站，其中過斷面先布設(shè)測站1、測站2，過斷面后布設(shè)測站3、測站4[9]。“十字布點法”布置測站的意思是：要在一個測站內(nèi)同時布設(shè)兩個觀察斷面，斷面之間距離為1.0 m。將選取推過后0～15 d 區(qū)域內(nèi)的頂板移近量變化（見圖3）。選取了推過后0～15 d 范圍內(nèi)的頂板移盡量變化圖（表2）。

表2 監(jiān)測數(shù)據(jù)表

圖3 監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線

一旦工作面漸漸推過斷層時，頂板的最大移近量將從29.1 m 擴大至36.7 m，在推過斷層之后會進一步上升，之后慢慢降低。明顯可以得出，影響巷道板頂下沉就是斷層活動。通過數(shù)據(jù)可以看出，測站2、測站3 最大移近速度和平均移近速度均較其他兩個測站大，特別是測站3，達到了最大值。利用這些數(shù)據(jù)能夠很明確地看到巷道挖掘時，斷層活動帶來的影響，會一直存在于穩(wěn)定推過斷面后的距離。從推過斷層之后的0～15 d 時間出發(fā)，伴隨停留時間的增長，頂板沉降量逐漸縮小，最后漸漸接近0，這說明在很長時間內(nèi)，該巷道圍巖的變化狀況可以得到穩(wěn)定控制，并且巷道質(zhì)量也能夠獲得顯著提高[10]。

4 結(jié)論

巷道的掘進以主要施工背景，全面分析研究了掘進煤巷道中安全高效過斷層的關(guān)鍵技術(shù)，并通過快速推進與錨桿索聯(lián)合支撐的方法來控制巷道穩(wěn)定性。經(jīng)過分析，圍巖在過斷層前后均有向頂板的沉降量不斷增加趨向，最大移近量約為56.5 m。采用研究方法后，優(yōu)勢明顯增加：

1）在該方法使用后，巷道逐步不再變形，慢慢趨于穩(wěn)定水平，確保了巷道完整性，保證煤巷穩(wěn)定性，有效保證過斷層時破碎頂板的穩(wěn)定性；在礦井巷道挖掘階段和回采工作面回采階段，礦井巷道保護圍巖均保持穩(wěn)定，從而極大地減少了冒頂事件，并獲得了相當(dāng)可觀的效益。

2）大大提高了回采效果，保證機電裝備的齊全性能大幅度提高有效改善了煤炭資源的品質(zhì)，大大緩和了采掘銜接時間緊張的形勢，有限煤炭資源得到經(jīng)濟合理回采利用。