煤巷掘進過斷層技術探討

孫景華

摘 要：在巷道遇斷層時，采用后退挑頂法通過斷層，成本低、支護效果好，而且施工工藝簡單。通過綜合考慮斷層的性質、落差大小及礦井接續安排，采用后退挑頂法處理斷層，可以順利通過斷層段的施工，確保施工期間圍巖的穩定性和施工安全，加快掘進速度，從而保證礦井的生產接續。

關鍵詞：沿煤層底板掘進；過斷層；安全生產

一、斷層對掘進施工的影響

（一）支護困難

當巷道掘進施工遇到不同程度的困難的時候，特別是對于煤巷的掘進工作面遇到有比較難過的斷層時，這樣會對工作面有很大影響，最終使得工作面的掘進方向發生很大的偏移，這時候必須對工作面的上山進行追煤掘進。眾所周知，錨桿支護是一種相對木支護的主動支護，它是煤礦用于巷道支護的最有效的方式之一，在煤礦中得到廣泛的使用，錨桿支護的主要作用有利用懸吊理論，將直接頂較為軟弱的巖層能夠懸掛在相對堅硬的基本頂上，這樣能夠使得更加穩定堅硬，錨桿頂部用錨固劑錨固好，增強下面軟弱巖層的穩定性，從而起到有效的支護作用。如果上部巖層的基本頂破碎，這樣會使得懸吊理論失效，同時失去錨桿支護的作用，不能夠起到很好的支護作用。巷道頂部得不到安全有效的支護。

（二）影響施工進度及安全

沿掘進施工方向斷層造成煤層下移時，必須以下山角度破巖施工追煤掘進。巷道底部容易存在積水，造成底部鉆孔易進水，爆破裝藥困難，爆破效果差，嚴重影響施工進度。另外，由于底部鉆孔易進水，固定刮板輸送機尾部的地錨錨固效果變差，容易抬甚至被拉翻，不利于施工安全。

二、案例分析

開灤荊各莊煤礦東翼運輸大巷南鄰東翼軌道大巷，頂板為細砂巖、中細砂巖，膠結較好，比較堅硬；底板為灰白色中粗粒砂巖，較堅硬；煤層以暗煤為主，具鏡煤及亮煤，瀝青光澤，棱角狀-貝殼狀斷口，條帶結構，層狀構造，水平層理，外生裂隙發育，密度大，質硬，煤層上部含暗煤成分多，中下部則以亮煤成分居多。巷道掘進至450m位置時，遇到一處正斷層，斷層落差2.2m，傾角70°，斷層面與掘進巷道斜交30°。

（一）斷層形成及特點

斷層的形成，主要是因為當巖石受力超過其承受力時，產生破裂，形成微隙，當許多微隙連在一起時，就形成一個斷面層。斷面層兩側會產生滑動，根據滑動的方向，斷層可分為正斷層和逆斷層。正斷層：即斷層面上盤相對下盤沿斷層面向下滑動的斷層。特點：產狀較陡，通常在45°以上，而以60°左右較為常見。逆斷層：即斷層面上盤相對下盤沿斷層面向上滑動的斷層。特點：產狀一般較緩，大多45°。

（二）斷層揭露及過斷層方案

東翼運輸大巷沿煤層底板掘進，煤層傾角較小，煤層底板為細砂巖，巖石硬度7.5。巷道施工斷面為矩形，掘進寬4.7m、高3.1m。掘進迎頭遇一處正斷層，斷層落差2.4m，傾角70°。根據斷層情況，提出如下兩種過斷層方案：

方案1：退后10m從變坡點處按0腰線破巖掘進，即后退臥底法，以保證運輸大巷皮帶安裝及正常使用，確保巷道不留積水，整體為下山巷道。

方案2：從斷層面退后5m挑頂按8°上山掘進，直到遇到煤層底板時再沿煤層底板掘進，即后退挑頂法。

（三）方案的比較與選擇

通過沿巷道掘進方向用鉆機打探鉆及無線電波透視探測技術，確定掘進前方巖石長約40m。

1.方案1優點與缺點

優點：保證巷道整體平直，無起伏，無積水，不需要在巷道中間施工水倉。缺點：退后臥底時，底板巖石較硬，向前掘進破巖較多且破巖掘進距離較長，只有用炮掘代替綜掘，用綜掘機出渣（礦方無巖巷扒裝機等設備）影響出渣速度，從而影響掘進速度，進而影響整個

礦井的采掘生產接續計劃。

2.方案2優點與缺點

優點：破巖掘進距離較短，影響掘進單進水平的時間較短；雷管、炸藥的使用量較少，便于對爆炸材料管理；不需要安裝巖巷扒裝機等設備。缺點：需要在大巷變坡點處施工臨時水倉并安裝排水泵；挑頂預計用時8h，影響掘進速度。

（四）方案選擇原則

確定方案的原則：安全較為可靠，利于頂板管理及安全管控；減少設備損耗，設備管理較為可靠；加快掘進速度，為礦井采掘接續計劃提供保障。過斷層方式的幾個原則：根據頂、底板的軟硬程度，若底板較軟，綜掘機以容易割底矸、機掘以容易臥底為宜。挑頂臥底坡度與巷道用途和掘進機使用要相適應。

后退臥底法：沿掘進施工方向，斷層造成煤層下移時，采取后退臥底法過斷層，待臥底掘至斷層面時，巷道頂部將恰好達到斷層面上盤煤層頂板，錨桿支護用于煤層頂板，從而使錨桿起到應有的支護作用。有效可靠地支護。該方法適合于斷層面造成掘進施工方向上的煤層下移時。當臥底至斷層面時，巷道的頂部剛好到達斷層面的上盤的煤層頂板，可使用錨桿支護頂板，保證支護的穩定之后，便可繼續向前掘進。該方法也可用于當斷層面造成掘進施工方向上的煤層上移的時候。

后退挑頂法：沿掘進施工方向斷層造成煤層上移時，待挑頂掘至斷層面時，下盤煤層頂板，繼續向前掘進時，錨桿支護用于煤層頂板。從而使錨桿起到應有的支護作用，使斷層面附近頂板得以有效可靠地支護。這種方法適合于當斷層面造成掘進施工方向上的煤層上移的時候。當挑頂至斷層面的時候，巷道的頂部剛好到達斷層面下盤的煤層頂板。使用錨桿支護頂板，保證支護的穩定之后，便可繼續向前掘進。

（五）方案的確定

根據東翼運輸大巷所遇斷層實際情況，通過對后退臥底法和后退挑頂法2個方案優缺點進行比較，最終確定采用方案2（后退挑頂法）作為巷道過斷層的方案。

（六）效果分析

通過實際施工，在巷道下半部采用震動炮破巖，綜掘機裝巖出矸，放炮時采用“多打眼，少裝藥”，減少每孔的裝藥量，降低因放炮對斷層帶附近破碎頂板的震動；巷道上半部使用綜掘機切割成巷。使用該方法掘進10m后便可沿煤層底板掘進，使用該方案比方案1節省1個月的時間，減少了購買巖巷扒裝機的費用，保證了掘進速度，從而保證了礦井的生產接續。

三、提高煤巷掘進進尺

選好用好性能優良的掘進機設備通過國產化合作，使用已有了較大發展，但我們還要與掘進機的發展趨勢有效結合起來。我們應當注意到，當前掘進機發展的趨勢是：擴大增加切割能力、提高采用高壓水射流、發展自動控制，發展掘錨聯合掘進機等。要提高綜合機械化掘進法掘進進尺，形成一條機械化生產的掘進系統。同時還要抓好以下兩點關鍵因素：

（一）選好轉載運輸系統

根據綜掘機械化作業線主要類型有以下4種：一是掘進機+梭車的作業線；二是掘進機+刮板輸送機的作業線；三是掘進機+膠帶輸送機的作業線；四是掘進機+礦車的作業線。前兩種用膠帶輸送機時運輸能力大。而用刮板輸送機時變化大、長度較短的條件，兩種輸送機各有優缺點，要根據實際情況仔細分析論證，不能盲目選用。后兩種礦車使用在小型礦井或在輸送機運煤系建成之前。連續運輸同樣要根據實際情況，科學論證，要重視決策的重要性。

（二）炮掘進尺

我國目前煤巷及半煤巖巷仍多數使用鉆眼爆破掘進法。正是由于這種掘進技術前期見效快，技術含量又不高，具體的操作工人又較容易掌握，所以，在許多煤礦比較受歡迎。因此，如何有效提高炮掘進尺是實現高產高效礦井一項值得重視和研究的技術，具有進一步推廣的價值。要在鉆眼爆破的設備和器材上有所保障，目前為減少鉆眼產生的煤塵，應提高工人的精神狀態，對提高效率和減少人的不安全行為也有益處。就這樣可以提高工作效率。由于煤軟，盡量不浪費物資和做不必要的運煤。還應當采用保邊爆破，使用雷管一次放炮。這樣就可以在鉆跟爆破這個環節上節省時間，提高工效。

參考文獻：

[1]宋建民，李保同.如何提高煤巷掘進進尺[J]，科技情報開發與經濟，2008.

[2]張云峰.煤礦掘進迎頭過斷層技術探討[J].中國科技投資.2012（24）

（作者單位：開灤（集團）有限責任公司荊各莊礦業分公司）