煤礦掘進迎頭過斷層技術的研究

鄭少賓 李世強

摘 要:近年來,隨著我國煤炭年產量逐年遞增,煤礦井下采掘作業面也隨之向縱深發展。在礦井巷道掘進的過程中,經常會遇到斷層,由于斷層的存在會對正常的掘進工作造成一定的影響,為此,必須采取相應的措施穿過斷層,以確保安全高效生產。基于此點,本文首先闡述了煤礦井下斷層的形成機理及影響,并在此基礎上對煤礦井下掘進迎頭過斷層技術進行研究。

關鍵詞:煤礦巷道掘進過斷層技術

中圖分類號:TU2 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(b)-0102-01

1煤礦井下斷層的形成機理及影響

(1)斷層的形成機理。

通常情況下,當礦井內的圍巖受力遠遠超過其自身強度時,巖體便會逐漸出現破裂,這種破裂情況在初始的過程中會呈現出細微的裂隙,隨著外力的作用和時間的推移,這些裂隙會緩慢發展,并相互聯合,最終會在巖體上形成一條破裂面,在破裂面兩盤相互滑動之間便會形成斷層面。斷層主要分為兩種,一種是正斷層,主要是指斷層上盤相對下盤沿著斷層面向上滑動的斷層。這種斷層具有以下特點:破碎程度一般不太強烈,常出現在45°以上的位置處,并以60°～70°最為常見,形成的速度較為緩慢,斷層帶的發育相對較窄；另一種是逆斷層,具體是指上盤上升下盤下降的斷層。該斷層的特點是常出現在45°以下,以30°左右的位置處最為常見,伴隨著強烈的擠壓呈現出破碎狀態,斷層帶的發育相對較寬。

(2)井下巷道斷層的影響。

在煤礦井下的采掘過程中,斷層的存在會對采掘工作面以及巷道的布置造成一定的影響,為此,通常都會將落差較大的斷層作為采區的邊界。而在采區范圍以內的斷層一般落差都相對較小,主要以Ⅱ、Ⅲ級斷層為主,但這類斷層也會對采掘工作面及回采巷道的穩定性造成非常嚴重的影響。根據大量的研究結果顯示,斷層在采動的影響下極有可能出現活化現象,這會導致煤層的頂板巖層難以控制,特別是在采區斷層發育特征較為明顯時,其對礦壓分布規律的影響更加顯著。通常情況下,在巷道掘進和維護時,斷層下盤最接近斷層面的位置處極容易出現冒頂現象。當掘進至斷層影響帶時,會出現較大的圍巖變形,這給支護造成了一定的困難。為此,安全通過并對斷層進行有效處理,對于確保井下安全生產具有十分重要的意義。

2煤礦井下掘進迎頭過斷層技術的研究

2.1 斷層的判斷方法

(1)在斷層相對較小且小于井下巷道的高度或煤層厚度時,其在巷道的揭露過程中很容易被發現,此時,可通過直觀判定法來確定斷層的具體位置。

(2)如果斷層的實際落差較大且大于巷道高度及煤層厚度時,那么很難在巷道揭露的過程中準確判定出斷層的位置,此時可采取以下方法確定斷層位置:其一,采用煤巖層對比法來尋找斷層,并對其產狀加以判定。按照巷道揭露過程中煤層頂板的實際情況,確定揭露的巖石為煤層的頂板或是底板,以此來判定斷層的具體位置；其二,采用標志層法確定斷層的產狀及其位置；其三,標高對比法。通過巷道前方及周圍標高與迎頭標高進行對比,借此來確定斷層產狀及其位置；其四,鉆探法。通過在巷道的頂板或底板上進行鉆探,可準確探查出斷層的產狀及其位置。

2.2 巷道過斷層施工技術

(1)平巷過斷層。在對井下水平巷道進行掘進的過程中若是遇到斷層,可采取巷道轉彎法來尋找斷失煤層。具體方法如下:在水平巷道掘進到某一點時,突然發現煤層丟失,經過判定以后確認該斷層為一條傾向斷層。如果是在斷層帶巖石的壓力較小,且沒有瓦斯及水等威脅的前提下,那么可以沿著斷層進行掘進,直至進入另外一盤煤層即可；如果是在斷層帶周圍巖石破碎情況嚴重壓力較大且存在瓦斯和水等威脅的前提下,那么就不能緊貼斷層對巷道進行掘進施工,應當由巷道穿過斷層并進入到另一盤巖層以后,拉開10m～15m的距離,然后再平行斷層走向上通過挖掘石門尋找另一盤煤層。

(2)傾斜巷道過斷層。在巷道掘進的過程中,當上山或是下山時遭遇斷層,可采取改變巷道坡度法來尋找斷失煤層。在過落差小于煤層厚度的斷層時,如果斷層落差較小,可采取挑頂和臥底相結合的辦法尋找另一盤的煤層；如果斷層的落差較大,為減少巷道挖掘并避免丟煤,則可以采用短石門進入到另一盤煤層當中。

(3)過大斷層的方法。當掘進過程中遇到較大的斷層時,如果斷層附近的巖石呈現出松軟破碎的狀況,若是仍然采用常規的方法和支護措施是很難順利通過該斷層的,為了能夠順利通過,可采用注漿法對斷層周圍的巖石進行加固。具體方法為:在掘進至斷層面10m左右的位置時停止掘進,并安裝混凝土止漿墊,隨后對迎頭斷層10m左右的范圍內進行噴漿封閉即可。

2.3 過斷層支護

過斷層支護是確保安全掘進的重要環節之一,在實際施工過程中,可采取以下幾種支護方式:其一,當井下巷道內的頂板為基巖且完整穩定,而兩幫為煤層時,可以采用矩形錨網噴支護；其二,當井下巷道全部位于巖層中,并且圍巖比較穩定,可采取拱形封閉錨網的方式進行支護；其三,在巷道圍巖發生異常破碎或是對頂托煤層進行施工時,應采用架棚支護；其四,對于架棚巷道可采用煤礦專用的11#工字鋼制作成支架,棚間距可為1m的對棚或0.8m的單棚,在墁頂位置處鋪設金屬網,并進行可靠連接；其五,采用錨網噴支護過斷層時,如果是由于臥底造成巷道過高時,應施工1～2排撐幫柱,這樣有利于確保兩幫安全穩定,避免折幫的情況發生；其六,當架棚巷道臥底時,可以采取棚下棚的方式進行支護,或是在原有的架棚支護不動的基礎上,對棚腿進行固定,在臥底兩幫然后用混凝土進行澆筑,以此來確保棚腿穩定。

2.4 注意事項

在掘進過斷層破碎帶時應當注意以下幾點:其一,應遵循敲幫問頂的原則,并及時鑿除懸矸位置處的危巖,同時應采用前探梁等臨時支護技術；其二,應當盡可能減少空頂距離,并縮短圍巖暴露在環境中的時間,最好是一次成巷；其三,應加大支護的強度和密度,如有必要可采用復合支護的形式進行支護；其四,若是斷層帶較為破碎,在爆破時應當控制好藥量,這樣能夠降低對圍巖結構的震動和破壞；其五,當煤層位于斷層上方且頂煤較為破碎時,應當采用超前錨桿支護的方法避免頂煤層發生冒落；其六,應對構造變化帶的地質詳情進行仔細調查,并以此為依據制定相應的安全措施和施工方法；其七,應合理使用防倒棚裝置,避免倒棚冒頂引發安全事故。

參考文獻

[1] 陳艾.復雜條件下大斷面煤巷過斷層技術[J].煤炭工程,2011(4).

[2] 馮文華,陳景軍,賈壇彬.輕放工作面大傾角俯采過斷層技術研究與實踐[J].煤炭企業總工程師專題研討會論文集,2009(6).

[3] 陳長春,周騰飛.淺議煤巷據進工作面過斷層技術及安全措施[J].中國科技博覽,2011(29).