巷道掘進過斷層施工方法及安全技術措施探討

王曉瑞

（山西省小回溝煤業有限公司，山西 太原 030400）

斷層構造不僅會造成巷道掘進受阻，斷層形成的破碎帶區域還有可能成為水和瓦斯的良好通道，在高瓦斯礦井或者巖層富水區，斷層的存在引起的安全隱患更為突出[1]。根據斷層存在的特性分析，斷層構造在揭露前都會出現一些征兆。在巷道掘進過程中，根據三維地震勘探資料顯示或者斷層出現征兆，采取合理的安全技術措施，對斷層進行探測，依據探測結果實施巷道過斷層技術方法和過斷層后揭煤，對保證巷道快速掘進、減少煤炭損耗以及消除巷道過斷層的安全隱患具有重要意義。

1 工作面概況

王莊煤礦南部后備區8108工作面主采二迭統山西組3#煤層，煤厚6.5～7m，煤層傾角為1～5°，根據三維地震勘探資料顯示，工作面風巷預計從開口掘進至1380m、2650m、2910m分別會遇到斷層F36（H=15～25m、∠75°）和相鄰工作面揭露斷層 F304（H=3.5m、 ∠ 60°）、F295（H=2.6m、∠70°），運巷預計從開口掘進至2000m、3090m分別會遇到斷層F36（H=15～25m、∠75°）、F304（H=3.5m、∠60°），具體情況需要進一步探測驗證。在實際掘進過程中，風巷掘進至1350m左右，巷道幫頂破碎，巷道上山明顯，經過地質鉆探，風巷在1400m左右處遇見斷層F36，由于斷層存在的復雜性，必須采取針對性的巷道過斷層施工方法和相關技術措施。

2 過斷層安全技術措施

2.1 過斷層施工工藝

根據三維地震勘探資料顯示，遇見斷層F36落差為10m左右，按照斷層規格和巷道頂板、圍巖狀態以及煤層厚度等情況確定過斷層方法。通過分析，巷道沿8°坡爬坡至頂板掘進，見煤層底板后沿煤層底板掘進，在過斷層期間采取增加錨索數量與打設單體柱大板棚雙重支護，過斷層后使用工字鋼背板棚替代單體柱大板棚，加強巷道支護強度。具體施工工藝如下：

（1）過斷層期間，優先采取放炮破巖和掘進機出渣的聯合掘進方式過斷層，如果煤矸體積過大，將采用耙渣機配合皮帶出渣；

（2）巷道以8°坡爬坡掘進，每架棚抬起100mm，爬坡見煤層底板后沿煤層底板掘進；

（3）采用氣腿式鑿巖機按照規定打設炮眼，提前安排人員背炮，打眼完畢裝藥爆破后，由掘進機進行出渣，然后完成巷道永久支護；

（4）在過斷層前后5m分別打設一組頂板離層指示儀，觀測頂板離層情況。

2.2 過斷層支護方案

巷道采用雙重支護，頂板及兩幫永久支護完成后，打設單體柱大板棚加強支護，見圖1。頂板支護方式如下：

（1）每排打設HRB335Ф22L2400mm高強度螺紋鋼錨桿7根，錨桿排距為800mm，間距800mm；

（2）頂角錨桿距幫100mm，頂角錨桿向兩幫傾斜15°角打設，樹脂藥卷加長錨固，每根錨桿采用（CK+Z）2360、Z2360型藥卷各一支，鋪設金屬網和Ф14mm×4800×80mm圓鋼焊制的雙筋雙梁鋼筋梯子梁，采用150×150×10mm的錨桿托板；

（3）錨索加強支護按“三二三”的方式布置Ф18.9mm的大孔徑預應力錨索，錨索孔深度為7.0m，錨索長度為7.3m，每根錨索采用的樹脂藥卷型號為（CK＋Z）2360一支，Z2360二支，每根錨索配套使用一塊規格為300×300×16mm，拱高不得低于60mm的錨索托板一塊，鎖具一套。

兩幫支護方式如下：兩幫支護打設HRB335Ф22L2000mm高強螺紋鋼錨桿，每幫4根，第一根幫錨桿距頂300mm，錨桿間距為1000mm，排距為800mm，樹脂藥卷加長錨固，每根錨桿采用Z2335、Z2360型藥卷各一支，鋪設金屬網和Ф14mm×3200×80mm圓鋼焊制雙筋雙梁鋼筋梯子梁，采用150×150×10mm的錨桿托板。在掘進過斷層過程中，在F36斷層前后5m范圍內打設單體柱大板棚，單體柱大板棚排距1.8m，在頂板打設2根錨索的兩排錨桿間，垂直巷道加打單體柱大板棚支護。

3 巷道過斷層安全技術措施

3.1 瓦斯抽查防治

斷層造成的破碎帶往往是瓦斯的良好通道，也是礦井瓦斯積聚地，所以，巷道掘進過斷層，必須做好瓦斯抽查防治工作，確保巷道掘進和人員安全。過斷層期間，要保證通風可靠，回風口、工作面瓦斯探頭閉鎖可靠，對瓦斯變化要實時監測；工作面割煤、更換風筒、切換風機等作業前后，現場跟班隊長要向通風調度匯報，通風調度值班人員接報后記錄上述作業開始、完成時間、作業內容，并全程關注作業期間瓦斯監測數據變化情況，瓦斯異常升高時必須命令現場立即停止作業，待瓦斯恢復正常后方可繼續作業。過斷層期間，如果出現響煤炮、巷道片幫、頂板冒落等引起瓦斯異常，必須立即停止作業并向相關業務科室匯報，并做好相關的瓦斯預警處置，如果出現高冒現象，必須及時通知通風隊安設導風障來稀釋該處瓦斯，防止出現瓦斯積聚。

除此之外，巷道過斷層應當做好瓦斯防突預測預報和相關技術措施。區域防突措施的預測預報工作如下：

（1）掘進面推進到距地質條件變化50m前，由地質部門向相關單位下達地質條件變化通知單；

（2）在距地質條件變化30m時，根據現場實際情況施工地質探測孔，進一步探明煤層層位、厚度、傾角變化、地質構造規模和瓦斯情況；

（3）巷道推進至地質構造前、后30m時測一次煤層瓦斯參數（含前方10m范圍內的鉆屑解吸指標K1值、鉆屑量指標S值，前方20m處的瓦斯含量W及瓦斯壓力P），巷道沿掘進方向布置1個檢測點；

（4）巷道掘進嚴格遵循“測十掘八”及檢修班施工20m釋放孔原則，即工作面至少保留2m預測超前距和7m措施超前距。

區域防突措施為由抽采隊組在正頭施工瓦斯抽采鉆孔，孔深不得小于60m，孔徑120mm，孔數12個。區域措施影響范圍界定：工作面正頭施工最短鉆孔長度-30m的范圍。局部防突措施為瓦斯釋放孔，瓦斯釋放孔要控制到巷道兩幫輪廓線外5m，深度沿巷道走向方向至少15m，孔徑42mm，每平米不少于2個，均勻布置整個采掘斷面。

3.2 水害防治措施

斷層的存在，不僅可能形成瓦斯的良好通道，還是巖層水的良好通道和儲存倉庫，當巷道掘進遇見斷層很容易發生突水事故，必須對斷層導水能力和儲水量進行超前探測，提前制定相應的抽排水措施和水害防護措施。根據已有三維地震勘探資料顯示，8108工作面位于奧灰水承壓區域，巷道內遇見F36斷層正處于水承壓區域內，8108工作面所采3#煤層底板與奧灰水之間有約130m左右的隔水層，沒有構成導水通道，一般不會構成底板突水危險，但斷層區域范圍內含水情況不清楚，需要進一步探測驗證。

首先按照8108工作面上部含水層涌水量進行預計，完善現場排水系統；其次采用“物探+鉆探”相結合的方法對斷層含水情況進行探測驗證，如探測過程中鉆孔出水異常，必須對來水進行收集，且對水質進行化驗，而在掘進過程中發現工作面出現突水預兆或者異常出水，應當立即停止掘進，對水量變化動態要加密觀測，取水樣化驗水質，分析水源、通道，在對有關資料進行綜合分析研究的基礎上，采取相應的治理措施。

4 結 論

斷層對巷道掘進的影響存在多面性，必須制定專門的科學合理的巷道過斷層安全技術措施，除了采取的支護方案，還要采用合理的巷道過斷層安全技術措施和瓦斯抽查防治措施，加強放炮期間的“一通三防”、水害防治工作。8108工作面風巷過斷層時，采用上述安全技術措施，保證了施工安全和工程進度，取得了較好的效果。

圖1 巷道過斷層斷面支護圖