三交河礦綜掘面安全高效過斷層技術(shù)研究

武 云 光

（霍州煤電集團(tuán)汾河焦煤公司三交河煤礦，山西 洪洞041600）

1 工程概況

三交河礦11-1041 巷位于+850 水平北翼，其東側(cè)、西側(cè)、北側(cè)均為實(shí)體煤，南側(cè)為下組煤皮帶巷，巷道用于104 工作面回采期間的運(yùn)煤、進(jìn)風(fēng)、行人等任務(wù)。104 工作面標(biāo)高+850～+900m，地面標(biāo)高+1094～+1208m，上覆基巖厚194～358m，煤層均厚2.9m，平均傾角6°，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚度穩(wěn)定，頂?shù)装鍘r性見表1。

表1 頂?shù)装鍘r性參數(shù)

1041 巷斷面為矩形，掘?qū)挒?.5m、凈寬為4.3m，掘高為3.2m、凈高為3.1m，采用EBZ-200A 型掘進(jìn)機(jī)在煤層中掘進(jìn)。工作面掘進(jìn)過程中會揭露斷層及復(fù)合頂板破碎處，揭露斷層為進(jìn)尺120m 時(shí)的正斷層，斷層落差0.8m，斷層附近頂板裂隙發(fā)育，巖石破碎難控制，影響了巷道掘進(jìn)工作的進(jìn)展[1-3]。

2 巷道安全高效過斷層技術(shù)探究

2.1 綜掘快速掘進(jìn)技術(shù)

1041 巷揭露的斷層落差較小，采用綜掘機(jī)過斷層時(shí)可以直接快速推過。過下壓正斷層時(shí)，可以采用下盤臥底、上盤挑頂方式，沿腰線施工，兩處同時(shí)確保巷道高度，在上下盤結(jié)合處補(bǔ)打錨索進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)；過上跳正斷層時(shí)，直接割頂，根據(jù)落差確定臥底量[4-6]。巷道綜掘機(jī)上下坡過斷層示意如圖1 所示，掘進(jìn)過程中盡量避免機(jī)器在全巖層中工作，破頂或破底后應(yīng)盡快掘進(jìn)至另一盤的全煤位置，避免行走作業(yè)，禁止超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

同時(shí)，綜掘機(jī)可采用小直徑截割頭，增加外層耐磨處理工藝。當(dāng)遇到大塊堅(jiān)硬巖層時(shí)，采用深孔靜態(tài)爆破方式進(jìn)行碎巖，增加堅(jiān)硬巖體的破裂性，減少綜掘機(jī)負(fù)荷，縮短過斷層時(shí)間。在截割頭降塵用水中增加除塵添加劑，通過噴嘴與水混合后進(jìn)行降塵、除塵，改善過斷層期間的工作環(huán)境。

圖1 綜掘快速過斷層示意

2.2 過斷層破碎帶支護(hù)技術(shù)

1041 巷道在斷層附近的上下盤區(qū)域頂?shù)装鍑鷰r狀況較差，確定采用錨桿索聯(lián)合支護(hù)形式。具體支護(hù)方式與支護(hù)材料選取如下：頂板支護(hù)采用錨網(wǎng)、錨桿、錨索、鋼帶聯(lián)合支護(hù)方式，頂錨桿型號為BHRB-335/Φ20mm×2500mm 的高強(qiáng)錨桿，“五·五”布置，間排距“1000×1000”mm，頂板肩角錨桿距幫250mm，選用CKB2340 錨固劑一條和Z2388 錨固劑一條，其中CKB2340 錨固劑位于底部；頂錨索型號為1×7/Φ21.6mm×7200mm 鋼絞線，“三·三”布置，間排距“1200×2000”mm，錨索施工在兩排頂錨桿正中，頂板肩角錨索距幫1050mm，選用Z2388 錨固劑兩條；幫錨桿BHRB-335/Φ20mm×2000mm 的高強(qiáng)錨桿，“三·三”布置，間排距“1200×1200”mm，第一根幫錨距頂板300mm，選用Z2388 錨固劑一條。為了減少雜散電流對工作面的影響，巷道頂幫每隔50m 鋪設(shè)一道1m 寬的雙層塑料網(wǎng)。

頂錨索托盤選用高強(qiáng)度托盤，托盤選用300mm×300mm×16mm 厚的高強(qiáng)度調(diào)心托盤；頂錨桿使用鋼帶配合錨桿墊片進(jìn)行支護(hù)，鋼帶選用長×寬=4200mm×280mm 的5 孔鋼帶，眼距1000mm；頂、幫錨桿墊片均選用高強(qiáng)度托盤，規(guī)格為150mm×150mm×8mm，配套調(diào)心球墊和尼龍減摩墊片。錨索鎖具選用300mm×300mm×16mm 厚的高強(qiáng)度調(diào)心托盤配合MX 形鎖具進(jìn)行支護(hù)。幫部錨梁12#鋼筋制作而成，規(guī)格為2900mm 長的3 孔錨梁，眼距為1200mm。頂、幫金屬網(wǎng)均選用網(wǎng)格為100mm×100mm的片網(wǎng)，規(guī)格為1100mm×2200mm。每50m 全斷面鋪設(shè)一道雙層塑料拉伸網(wǎng)，塑料拉伸網(wǎng)網(wǎng)格為40mm×40mm，規(guī)格為2800mm×1250mm。

以上支護(hù)方式主要針對的是斷層上下盤頂板破碎帶，在斷層周圍的頂板極易冒落帶上（如圖2 所示），可以在距斷層5～6m 時(shí)注入馬麗散，將破碎頂板粘接在一起，形成整體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，對冒落頂板進(jìn)行加固處理，最大限度保證斷層破碎帶附近的圍巖完整性[7,8]。

圖2 斷層附近破碎帶分布

3 巷道掘進(jìn)控制效果分析

1041 巷道掘進(jìn)過程中，為定量表征巷道控制效果的優(yōu)劣，需要對巷道整體進(jìn)行綜合監(jiān)測。監(jiān)測主要有三部分：頂板離層量、錨桿索受力和表面位移，其中表面位移監(jiān)測是評價(jià)巷道控制效果的最直觀數(shù)據(jù)。巷道表面位移監(jiān)測測站布置范圍為30m，分別為斷層前后各15m，布置的方式為隨巷道掘進(jìn)依次布置，滯后掘進(jìn)迎頭3～5m，共布置四個(gè)測站，其中測站1、測站2布置在過斷層前，測站3、測站4 布置在過斷層后。采用“十字布點(diǎn)法”布置測站，單個(gè)測站內(nèi)設(shè)置兩個(gè)監(jiān)測斷面，斷面間距1.0m。選取1041 巷道推過斷層前后的四個(gè)測站監(jiān)測數(shù)據(jù)見表2，將選取推過后0～15d 范圍內(nèi)的頂板移近量變化展示如圖3 所示。

圖3 監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線

工作面推過斷層時(shí)，頂板移近量從29.1cm 增加至36.7cm，推過斷層后繼續(xù)增加至56.2，之后降低至31.2cm，斷層對巷道頂板下沉的影響非常明顯。斷層附近的測站2 和測站3 的最大移近速度與平均移近速度均較其他兩個(gè)測站大，尤其是推過斷層的測站3，無論是頂板移近量還是變形速度都是最大值，這種情況說明斷層對巷道掘進(jìn)的影響會保持到推過斷層后的一段距離。從推過斷層后的0～15d 時(shí)間來看，隨著時(shí)間的增加，頂板下沉量逐漸降低，最后基本趨于0，說明在一段時(shí)間后，1041 巷道圍巖變形情況能夠得到穩(wěn)定控制，巷道服務(wù)質(zhì)量可以得到保證。

表2 監(jiān)測數(shù)據(jù)一覽表

4 結(jié) 論

基于三交河礦1041 巷道掘進(jìn)期間揭露斷層的工程背景，研究了掘進(jìn)煤巷安全高效過斷層技術(shù)，確定采用快速推進(jìn)和錨桿索聯(lián)合支護(hù)的方式進(jìn)行過斷層巷道穩(wěn)定性控制。1041 掘進(jìn)巷道監(jiān)測結(jié)果顯示巷道圍巖在過斷層前后有頂板下沉增大趨勢，頂板移近量最大為56.2cm，采取上述措施后在一定服務(wù)時(shí)間內(nèi)，巷道變形逐漸收斂，最終基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)，巷道完整性得到保證，掘進(jìn)煤巷穩(wěn)定性得到良好控制。