巷道掘進過小斷方法及措施

溫思南

（大同煤礦集團有限責任公司 同家梁煤礦地質科，山西 大同 037025）

0 引言

隨著勘探技術的不斷發展，煤礦建設初期，影響其生產建設的構造，尤其是大中型構造，均已基本查明，并且在煤礦的設計建設中其基本作為井田或盤區邊界。然而，由于小型斷層的規模小，隱蔽性強等特征導致了其并不易被探測發現。這也是往往只有在采掘過程中其才能被發現的原因。由于構造類型、煤層地質條件不同,采掘過程中過構造的方法也要相應地發生變化。因此研究小斷層以及掘進過程對其處理方式,對煤礦生產安全具有重要意義。

1 同家梁礦斷層識別的主要手段

1.1 掘進過程中煤層及圍巖識別方法

1.1.1 標志層法

標志層就是在地質作用過程中所形成的一種層理,它必須具有一定的連續性和穩定性，并且具有特殊性，易于辨別。標志層視其在一定立體空間內，是否具有良好的連續性及穩定性，其可以是煤層本身、夾矸或圍巖等。要確定一個標志層，我們需要做大量準確的對比。在某一個井田內，可能有一層或多層的標志層來確定煤組及地質界線等。例如同家梁礦12#層就具有一層標志層，其位于12-1#層內部，為一層平均厚度為4cm的夾矸，其為泥巖，內含FeS2結晶。知道這些，我們就能夠很輕松的判斷12#層的層位了。

1.1.2 巖性判斷法

這種方法具有一定的普遍應用性。即利用鉆孔資料，通過整理相應煤層頂底板及其鄰近巖層巖性及層序，從而在實際掘進過程中來判斷由于斷層所致的失蹤煤層所在位置。

1.1.3 綜合判斷法

1）化石判定法:巖層中若含有菊石類等海相動物的化石的一般為頂板；含有根莖等植物化石的一般為底板；

2）肉眼判定法:通過頂底板巖性、化石、層理結構、鮞狀結構、結核、礦脈等特征及標志層特征可以確定距煤層的距離；

3）化學分析法:根據頂底板化學性質的不同來判斷。

1.2 礦井物探方法（高密度電阻率法）

高密度電阻率法主要是依靠電阻率差異來判斷井下周圍的地質構造及電阻率異常區如采空區、老空水等。該方法在采集數據的過程中，需要結合電阻率測深和電阻率剖面兩種方法，因此由于數據采集量大以及數據觀測精度高，在測量電阻率異常區域是能夠取得較好的效果。

1.3 井下鉆探方法

井下鉆探方法是利用井下鉆探設備向需探明區域打鉆勘探，從而能夠良好地揭露勘探區域地層巖性、地下水、構造等資料，在井下煤礦最長用到的就是利用其做超前探測，了解工作面前方構造、水或是遇斷層、褶皺等構造后尋找缺失煤層的一種最有效的地質超前預報方法。井下鉆探可以向多方向鉆孔，彌補了地面垂直鉆探的局限性。

2 煤巷掘進小型斷層的判別

在掘進過程中，巷道前方的隱伏斷層通常都會造成對盤的地層錯動，若斷層的落差較大時，則對盤的煤層不易查找。因此，對于確定斷層性質，及尋找斷失翼煤層就成了決定巷道的掘進方向之關鍵。在實際煤礦工作中，通常采取的方法有以下幾種。

2.1 煤巖層層位對比法

通過對煤巖層的對比研究，由其是對標志層、煤層及其圍巖的研究，以便確定斷層性質，來尋找斷失翼煤層。例如同家梁礦12#層309盤區8901工作面沿12#層煤層頂板掘進,遇斷后對盤巖性為灰色粉砂巖含少量水平層理,與其相隔70m的44337鉆孔進行巖性對比后,我們確定了該巖層為厚度4.75m的12#煤層的直接頂，而非直接底的深灰色粉砂巖，因此工作面應該向前下方打鉆探煤，以此確定掘進方向。

同家梁煤礦為多煤層開采的生產礦井,由于斷層影響可能會把不同的煤層連接在一起,沿煤巷掘進易發生串層,而且不易誤識別斷層的存在。這時,可以根據煤層的結構、厚度及煤巖類型等標志來判斷斷層的位置、性質和落差。12#層309盤區8901工作面沿頂板掘進,施工約至940m處，遇一約斷距為3-5m的正斷層，見煤厚約為1.5m。該工作面所在的12#煤層的據鉆孔數據我們可以得知正常厚度應為4.75m，半暗型,夾0.4m左右的Fe2S結核層，而14-2#煤層的厚度卻應為1.58 m,暗淡型。據此，我們通過鉆孔數據我們知曉了每個煤層的煤巖類型特點，可推斷出斷層的位置及斷層性質。

2.2 斷層面特征法

斷層形成時，通常會在斷層面及兩側形成斷層角礫巖、擦痕、階步、平行小斷層、牽引褶曲等，這些都是可以作為斷層性質及斷失翼煤層的判斷依據。

2.2.1 平行小斷層

一般情況下，大斷層的形成，常常會伴有一組或幾組小斷層同時出現，且斷層性質與較大斷層往往形同。據此我們可以對新揭露的大斷層做出預判。例如同家梁礦12#層309盤區的5901巷道在掘進過程中初期揭露的都是一些較小的平行斷層且斷層性質相近，再加強支護繼續掘進的過程中，且距離平行小斷層較近的地方我們揭露了一個較大的斷層。

2.2.2 牽引褶曲

在斷層面附近的煤巖層由于受到牽引力的作用很容易形成像牽引褶曲這樣的構造。該褶曲的彎曲端通常指向本盤的運動方向。且形成時常常需要兩盤較大的擠壓力才能形成沿斷層面方向的牽引力，因此牽引褶曲在逆斷層中出現較多。但在工作面掘進的過程中，煤層遇斷前產狀產生急劇變化，傾角變大，形成下坡。人們通常會認為這是牽引褶曲，且為逆斷層。但是在有些情況下，我們通過對對盤打鉆推斷得知，為正斷層，這中構造稱之為逆牽引構造，是由于后期的構造改造形成。

2.2.3 斷層面（帶）特征

在正斷層形成時通常會形成斷層破碎帶內含斷層角礫巖及斷層泥，在斷層面上也同時會形成擦痕及階步。據此我們也可以判斷出兩盤的相對運動方向。同家梁礦12#層309盤區的2901巷道掘進過程中遇斷層,我們通過摸索斷層破碎帶內的條帶狀煤線,尋找到斷失翼煤層。

3 巷道掘進過斷方法及措施

3.1 掘進工作面過斷方法

同家梁礦當掘進工作面遇斷時，為不影響日后巷道的正常使用并且要盡量做到少掘巖巷和少丟煤，通常根據對盤是上升還是下降采取挑頂、臥底或是兩者相結合的方式通過斷層。特別是當掘進工作面從正斷層上盤往下盤前進時或是從逆斷層下盤向上盤前進時，為防止頂板冒落，要加強頂板支護。

3.2 掘進工作面圈定設計及現場施工方法

在掘進過程中，如若遇較大傾向斷層且斷距大于所在層煤厚或未來采高時，需進行重新圈面，將原有設計的工作面有斷層一分為二，在斷層對面另開切眼。

如果是斷距大于所在層煤厚或未來采高的走向斷層，工作面應以沿斷層掘進的一條中巷作為界限，一分為二，分為兩個子工作面。

對于斷距大于所在層煤厚或未來采高的斜交斷層，我們通常采取的方法與傾向斷層類似，但是留有的斷層保護煤柱范圍會比較大，由于斷層與工作面是斜交，故其兩次留有三交煤，后期進行炮采，可提高回采率。

3.3 掘進工作面過斷層的措施

現已同家梁礦北5905巷道過斷為例，說明掘進巷道過斷的措施如下:

掘進對組在掘進北5905巷時，掘進至118-9#測點點前47m，工作面出現一條正斷層，落差15cm，走向與掘進方向大角度相交；工作面有30cm厚的灰褐色粘土質砂巖偽頂，巖石偏軟，上部發育有15cm厚煤線。經現場觀測決定采用挑頂的方式過斷，挑頂后巷道高度不得超過3.2m。過斷期間必須鋪設菱形金屬網，其他支護形式不變。施工工藝如下:

1)嚴格執行每掘進1米，施工一組永久支護，嚴禁空頂及超空頂作業。

2)頂板破碎處必須鋪設整體金屬網。金屬網要鋪平、鋪展，緊貼頂幫，搭接長度為10cm，必須使用專用聯網絲，孔孔相聯，雙絲雙扣，綁扎牢固，綁死扭結不少于3圈。頂網與幫網搭接在距頂板40cm處，嚴格按照聯網工藝搭接，并用護幫板壓緊。

3)巷道支護必須嚴格按質量標準要求進行施工。每根錨索的預緊力不得小于10T，每根錨桿的預緊力不得小于7T。否則，必須重新補支護。

在繼續掘進至118-10#測點點前48m處，由于受斷層構造影響，頂板破碎。經現場觀測，斷層與掘進方向大角度相交，落差0.5m，斷層上盤最下層為泥質粉砂巖偽頂，力學性質極差，結構破碎，軟弱層厚度超過1m。如圖1所示。實際施工過程中，為保證支護質量以及后期施工安全，決定從118-10#測點向里42m開始補架矩形U29三節可縮性金屬棚。

118-10#測點向里42m開始補架矩形U29三節可縮性金屬棚直到通過頂板破碎區域，規格見支護斷面圖。補架U29棚按0.8米棚距進行架設。每組棚必須使用拉桿進行硬連接。U29棚每個接口用三個卡子固定牢固，棚后使用半木和長的坑木進行密背與巷頂幫背緊。架棚后巷道凈高不低于2.7m。以后就按此方法進行架棚作業。架棚有關技術要求如下:

1）棚間凈距為0.8m，相鄰棚之間要上好5根拉桿，且必須使用硬連接；

2）架棚時必須拉開中線按要求立好棚腿，并用拉桿把棚腿固定牢，按40cm的搭接長度把棚子組裝好；

3）棚腿要支在實底上，局部棚腿窩較深處可用平的大塊矸石配水泥砂漿充實加墊，以使棚腿高度保持一致，兩側棚腿邁步一致，并避免前傾后仰；

4）U型棚組件之間搭接壓茬長度均為0.4m，分別用三道專用卡子用雙螺母連接緊固；

5）U型棚要用半木密背，棚腿與幫之間用坑木背緊剎牢；

6）局部地點因空間不足無法用坑木時可用半木密排背緊剎牢，U型棚密排鋪設的半木不得有松動現象；

7）封閉圍巖緊貼棚子的半木排列要整齊有序、美觀；

8）架棚要按中線進行架設，保證兩側棚腿側面成一條直線；

9）在巷道超高處必須按措施進行砌墻鋪底。但砌墻必須砂漿飽滿，保證寬度。

圖1 工作面斷層剖面圖

4 結束語

實際應用過程中，以上各種斷層判斷及處理方法都各具局限性。巖層層位對比法應用的最為普遍，效果也較好，而牽引褶曲、平行小斷層法應用不當較易造成誤判。為了確保對斷層識別判斷準確無誤,對斷層處理恰到好處,在生產實踐中,經常采用以上幾種方法綜合進行分析判斷,以便互相補充驗證,避免因斷層判斷處理不當而造成無效進尺或安全問題。