掘進(jìn)巷道過斷層帶應(yīng)用人工假頂技術(shù)方案

(同煤集團(tuán)煤峪口礦，山西 大同037041)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，能源需求量也在不斷擴(kuò)大。雖然我國煤炭能源儲存量比較豐富，但是由于各種外在因素給煤礦生產(chǎn)帶來了不少阻力。例如在煤礦巷道掘進(jìn)過程中，常常遇到地質(zhì)煤巖斷層帶，使得煤礦巷道掘進(jìn)工程效率降低。本文就某煤礦掘進(jìn)巷道過斷層帶工程，設(shè)計運(yùn)用一種人工假頂技術(shù)對破碎頂板進(jìn)行控制，提高了破碎頂板的穩(wěn)定性，提高了工程建設(shè)的效率，保障了煤礦安全生產(chǎn)。

1 煤礦井下斷層的成因及影響

1.1 斷層的成因

斷層通常是指煤巖層在地質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力的作用下發(fā)生斷裂并且出現(xiàn)滑移的一種地質(zhì)現(xiàn)象。由于地殼結(jié)構(gòu)的位移，造成煤巖地質(zhì)層受到拉伸或者擠壓，當(dāng)煤巖所受的壓應(yīng)力或者拉應(yīng)力超過其自身所承受的抗壓或抗拉強(qiáng)度，地質(zhì)煤巖層就會沿著應(yīng)力方向出現(xiàn)斷裂，隨著所受應(yīng)力的不斷增大，斷裂的兩個部分就會發(fā)生相對位移，也就形成了斷層。

1.2 斷層的影響

在地質(zhì)斷層帶附近往往容易出現(xiàn)頂板事故、透水事故、瓦斯事故等，尤其易出現(xiàn)頂板事故。因此較大的斷層一般作為井田邊界或是采區(qū)的邊界，采區(qū)內(nèi)的斷層落差一般不大，但是對掘進(jìn)巷道工程建設(shè)影響非常嚴(yán)重。通過大數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，無論多大的斷層，都會出現(xiàn)煤巖破碎、冒落的現(xiàn)象，對工程建設(shè)的安全性和高效性帶來嚴(yán)重影響。

2 工程概括

某煤礦21010 巷位于14＃煤層410盤區(qū)，北部為81008工作面（已采空），南部為81012 工作面（已采空），西部為410 盤區(qū)皮帶巷、軌道巷、回風(fēng)巷，東部為隔礦界煤柱，上覆11-12＃ 層81010工作面及上覆3＃ 層81012、81014、81016 工作面全部開采結(jié)束。巷道頂板為淺灰色粉砂巖與細(xì)砂巖互層，厚度為2.20-6.45 m，平均3.96 m。當(dāng)掘進(jìn)到650 m時，揭露一條正斷層F9，斷層落差1.5 m，傾角為55°。由于落差較大，巷道過F9 斷層帶時，頂板出現(xiàn)大面積破碎且伴有局部冒頂現(xiàn)象，位于700 m 段冒頂最為嚴(yán)重，冒頂高度達(dá)1.6 m，冒頂長度為3.2 m，冒頂區(qū)域成半球形，對冒頂區(qū)域采用傳統(tǒng)的錨桿、錨索支護(hù)施工難度大，支護(hù)效果也不理想，容易引發(fā)安全事故。通過技術(shù)人員研究，決定采用人工假頂?shù)姆椒ㄟM(jìn)行維護(hù)控制。

3 施工工藝方案

3.1 人工假頂施工

(1) 對于該煤礦14＃ 層410 盤區(qū)21010 巷頂板破碎冒頂區(qū)域，人工假頂主要是由施工錨索吊棚、架設(shè)半圓木柱、注漿等工序組成。施工前確定施工地點頂板安全，并將施工材料預(yù)先整齊碼放在施工地點附近，以備施工。

(2)首先進(jìn)行施工的是錨索吊棚。每架錨索吊棚由三根長度為6 m，Φ21.6 mm 預(yù)緊力的鋼絞線和一根長4.2 m的11＃ 工字鋼組成。同時要在11＃ 工字鋼上焊制孔距為1.8 m，Φ24 mm的圓孔。

(3)第一架錨索吊棚施工需在該礦21010 巷冒頂區(qū)域進(jìn)向距1.0 m 處，采用錨索鉆機(jī)在施工巷道頂板進(jìn)行鉆孔工序，孔深度為5.6 m，鉆孔結(jié)束后在孔內(nèi)填裝一支MSK23/35型和兩支MSKC23/60型錨固劑，接著將錨索塞入鉆孔，并采用錨索鉆機(jī)進(jìn)行錨固，錨索錨固外露段控制在0.5 m 左右。

(4)錨索錨固后，吊掛11＃ 工字鋼梁，鋼梁與錨索之間通過鋼托板以及鎖具進(jìn)行固定，鋼梁固定后保持與頂板預(yù)留間隙0.2 m。

(5)第一架錨索吊棚施工工藝完成后，采取與第一架相同的工藝進(jìn)行第二架、第三架施工，依次類推直至渡過冒頂安全區(qū)域1.0 m 后，停止錨索吊棚的施工，每架吊棚間間距為1.0 m。本次施工設(shè)計一共施工7 架錨索吊棚。

(6)為了防止注漿時出現(xiàn)漏漿，在錨索吊棚上方依次鋪設(shè)金屬網(wǎng)、風(fēng)帶、道木、半圓木，道木長為2.5 m，半圓木長度4.2 m，Φ0.3 m。為了確保人工假頂?shù)姆€(wěn)定性，本次設(shè)計將金屬網(wǎng)與吊棚之間采用8＃鉛絲進(jìn)行捆綁固定。

(7)第一層道木鋪設(shè)完成后，在該層道木上方鋪設(shè)半圓木工序，半圓木應(yīng)垂直道木布置，半圓木間的間距為0.6 m，形成井字布置，半圓木與道木同樣也采用鉛絲進(jìn)行捆綁緊固，半圓木鋪設(shè)完成后再鋪設(shè)道木，依次類推，直至接觸到冒頂區(qū)域頂板為止。

(8)所有道木和半圓木鋪設(shè)完畢后，MQ22 氣動錨索拉緊器對錨索吊棚進(jìn)行預(yù)緊。

3.2 注漿施工

為了進(jìn)一步提高冒頂區(qū)域煤巖的穩(wěn)固性，同時防止人工假頂區(qū)域出現(xiàn)瓦斯聚集現(xiàn)象，經(jīng)作業(yè)技術(shù)人員研究，決定對人工假頂區(qū)域進(jìn)行注漿填充作業(yè)。

首先對冒頂區(qū)邊緣1m 處施工5個注漿鉆孔，鉆孔直徑Φ42 mm，深度5 m。然后采用高壓注漿泵向鉆孔內(nèi)注射馬麗散粘劑，直至發(fā)現(xiàn)鉆孔附近煤體出現(xiàn)漿液滲透時，立即停止注漿并封口。待注漿2小時后，采用專用氣動注漿泵向假頂間隙注射膨脹劑。

3.3 架棚施工

為了提高人工假頂?shù)姆€(wěn)定性，對人工假頂下方架設(shè)U29 可伸縮支架棚或者矩形棚進(jìn)行二次支護(hù)。本次設(shè)計采用矩形棚。該矩形工字鋼棚主要由兩節(jié)棚腿梁及底座，一節(jié)頂梁組成。棚腿長度2.8 m，頂梁長4.0 m，架設(shè)間距為1.0 m。頂梁與兩節(jié)棚腿進(jìn)行卡攬固定并緊固，同時相鄰兩節(jié)棚腿采用拉桿固定。經(jīng)工作技術(shù)人員研究，為了確保鋼梁棚與人工假頂接觸更加嚴(yán)密，對鋼棚頂梁與該人工假頂縱梁之間的間隙用水泥背板填塞。

4 應(yīng)用效果分析

某煤礦在掘進(jìn)巷道遇到斷層帶時，通過人工假頂工藝施工后，經(jīng)過3個月的觀察記錄，第一個月由于受到采動壓力和重力的影響，巷道頂板出現(xiàn)一定的塑型變形，注漿區(qū)域壓力穩(wěn)定，人工假頂區(qū)域出現(xiàn)變形現(xiàn)象，最大下沉量達(dá)0.15 m，后兩個月頂板壓力得到平衡未發(fā)生形變現(xiàn)象。馬麗散對高冒邊緣破碎巖體進(jìn)行粘合，提高了巖體整體穩(wěn)定性，有效地防止了高冒區(qū)域的擴(kuò)大。由于膨脹劑的填充，不但提高了人工假頂對冒頂?shù)捻敯逯ёo(hù)，還有效地解決了冒落區(qū)形成的窩風(fēng)區(qū)，降低了瓦斯聚集。

5 結(jié)束語

該煤礦410 盤區(qū)21010 巷在掘進(jìn)巷道遇到斷層帶進(jìn)行人工假頂工藝施工，有效地解決了頂板破碎，冒頂大，支護(hù)困難等一系列問題。提高了頂板的穩(wěn)定性，保障了煤礦掘進(jìn)生產(chǎn)的安全性以及工程建設(shè)的高效性，后期經(jīng)過3個月的觀察未發(fā)現(xiàn)異常，取得了較好的效果。