掘進巷道過斷層破碎帶施工工藝研究

田曉強

（大同煤礦集團虎龍溝煤礦，山西 朔州 036000）

1 工程概述

虎龍溝煤礦21505巷位于井田東盤區北翼，巷道設計長度為1471m，斷面規格為寬×高=5.2×3.5m。巷道掘進煤層為石炭系5#煤層，平均厚度為12m，煤層發育不穩定，矸石夾層較多，矸石總厚度達1.9m，其中位于煤層底板往上3.5m處含有一層黃斑巖，巖石厚度為1.5m，巖石硬度大，普氏系數f＞6.0。21505工作面從東盤區皮帶巷開口沿5#煤層底板掘進施工，采用綜合機械化掘進施工工藝。

根據地測科提供資料，21505巷在掘進期間共揭露3條正斷層。F1斷層位于巷道274m處，H=0.7m，∠50°；F2斷層位于巷道578m處，H=0.4m，∠47°；F3斷層位于巷道881m處，H=1.4m，∠55°。21505巷在掘進前期采用直接平推破巖法過F1、F2斷層，但是由于黃斑巖硬度大，在破巖過程中經常出現機械設備損壞現象，其中掘進機切割部損壞2次，電機燒毀一次，造成經濟損失達47萬元。破巖難度大，嚴重影響巷道掘進效率，平均掘進速度僅為3.2m/d。同時巷道平均留底煤厚度達0.5m，降低了工作面回采率，加大了后期工作面回采期間采空區遺煤量，不利于采空區安全管理。

2 下山掘進施工工藝

為了降低接卸設備損壞率，減少采空區遺煤量，決定采用松動爆破下山掘進施工工藝過F3斷層。

（1）為防止下山期間設備出現下滑現象以及便于煤矸石運輸，21505巷下山掘進角度為5°，下山掘進距離為15m，掘進到位后揭露斷層上盤巖石層，如圖1所示。

（2）當巷道掘進至866m時，在掘進工作面迎頭施工三排松動爆破孔，每排4個。第一排鉆孔距頂板間距為0.5m，孔間距為1.2m，排距為1.0m，鉆孔深度為1.0m，直徑為42mm，鉆孔以5°俯角布置。

（3）工作面松動爆破孔施工完后，從下排依次往上填裝礦用乳化炸藥、雷管以及水炮泥。每個炮孔填裝一支乳化炸藥，裝藥量為300g，雷管采用毫秒延期電雷管，炮孔封孔長度不得低于0.5m，一次允許爆破炮孔數量不得超過5個，采用正向裝藥方式及串聯聯線方式。

（4）第一茬爆破施工完后，采用風鎬及洋鎬進行擴幫、修規格，直至符合巷道設計斷面規格后及時補打巷道頂板及幫支護，并清理巷道浮煤。第一個循環施工完后進行第二茬爆破施工，施工工序與前一循環工序相同。

（5）當巷道下山掘進15m后，施工巷道頂板揭露斷層上盤黃斑巖下方煤柱，此時巷道沿巖層及煤層底板繼續平行掘進。

圖1 21505巷過F3斷層松動爆破下山掘進剖面示意圖

3 斷層破碎帶頂板維護措施

21505 巷下山掘進時需預留頂煤，預留頂煤最大厚度為1.4m，由于5#煤層穩定性差，在預留頂煤時會出現破碎、局部冒頂現象，為了保證巷道下山掘進施工安全，采取“注漿+施工交錯密集JW型鋼帶+架棚”等聯合支護措施。

3.1 注漿支護

（1）當巷道施工至875m時，對頂板施工一排注漿鉆孔，每排三個，鉆孔深度為3.0m，鉆孔與頂板呈45°仰角布置。

（2）鉆孔施工完后，采用高壓注漿泵對鉆孔內注射馬麗散漿液（馬麗散與催化劑配比為1∶1），注射壓力不得低于1.5MPa，注漿期間發現頂板煤體有漿液滲出時停止注漿，注漿2h后方可繼續掘進。

（3）當第一排鉆孔注漿完且巷道掘進2h后，繼續施工第二排注漿鉆孔并進行注漿工序，依次類推直至巷道揭露斷層上盤煤層。

3.2 施工交錯密集“JW”型鋼帶

由于21505巷下山掘進前5m范圍內頂煤厚度不足1.0m，注漿及錨桿支護效果差，很容易形成冒落區，為了加大鋼帶支護斷面，決定采用施工交錯密集“JW”型鋼帶。

（1）21505巷頂板施工的“JW”型鋼帶縱橫交錯布置，橫向鋼帶（垂直巷道）長度為3.8m，寬度0.28m，每根鋼帶焊制5個直徑為30mm圓孔。每根鋼帶配套5根長度為3.0m、直徑為22mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間距為0.9m，鋼帶排距為1.0m。

（2）橫向鋼帶施工完后，在頂板施工交錯式縱向鋼帶，縱向鋼帶長度為2.5m，寬度為0.28m，每根鋼帶焊制3個直徑為30mm圓孔。第一組縱向鋼帶施工在第一排、第二排、第三排橫向鋼帶的第一個、第三根、第五根錨桿上，共計三根，且與橫向鋼帶垂直布置，如圖2所示。

（3）第二組鋼帶施工在第二排、第三排、第四排鋼帶的第二根、第四根錨桿上，共計兩根，與第一組縱向鋼帶交錯式布置，依次類推直至工作面完全過斷層破碎帶。

3.3 架設11#工字鋼棚

為了進一步提高頂板穩定性，降低頂板應力作用影響，在下山巷道掘進完成后架設密集11#工字鋼棚。

（1）21505巷架設的工字鋼棚為矩形斷面，斷面規格為寬×高=4.0×3.5m，鋼棚架設間距為1.0m，每架鋼棚棚腿、頂梁與頂板施工一組固定錨桿，確保鋼棚架設穩定性，所有鋼棚連接卡纜必須預緊，預緊力不得低于200N·m。

（2）鋼棚架設完后，在鋼棚棚腿、頂梁與巷道輪廓間隙處填充水泥背板，水泥背板長度為1.2m，寬度為0.3m。在相鄰兩架鋼棚間安裝兩組連接桿，進行聯鎖保護作用。

（3）每班施工前必須安排專人對每一架鋼棚進行檢查，發現鋼棚傾倒、變形、松動等現象時必須重新架設。

圖2 21505巷施工交錯式密集“JW”型鋼帶平面示意圖

4 效果

（1）21505巷過F3斷層時采用松動爆破下山掘進施工工藝，減少巖石掘進量達148m3，避免了機械設備磨損，加快了巷道過斷層掘進效率。21505巷過F3斷層共計用時2.5d，平均掘進量達5.7m/d。下山掘進期間未出現機械設備損壞現象，節約設備維護、成本費用達30余萬元。

（2）21505巷下山掘進階段頂煤采取注漿支護后，提高了原破碎煤體穩定性，通過單軸抗壓實驗發現，注漿前破碎煤體單軸抗壓強度僅為7.4MPa，注漿后提高至45.7MPa，大大提高了煤體承載能力。

（3）對破碎煤體施工交錯式“JW”型鋼帶后，加大了頂板鋼帶支護斷面，提高了鋼帶支護效果，有效防止了頂板出現破碎、局部冒頂現象。同時采用架設密集工字鋼棚的方法減少頂板受應力作用影響，保證了頂板完整性，防止了頂板在應力作用下發生離層現象。斷層帶附近頂板施工完交錯式鋼帶及密集工字鋼棚后，在后期掘進期間未出現頂板大面積破碎現象，在866～876m范圍內頂板最大下沉量僅為0.09m，在876～885m受斷層應力作用下，頂板下沉量呈上升趨勢，但最大下沉量僅為0.13m（位于880m處），頂板支護未出現失效現象，鋼棚未出現變形等現象。