掘進(jìn)巷道過斷層施工技術(shù)應(yīng)用

郭鑫煜

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)盛泰煤礦，山西 高平 048400）

1 工程概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)盛泰煤礦15201運(yùn)輸順槽位于井田一水平二采區(qū)中部，巷道東部為實(shí)體煤層，西部20 m為準(zhǔn)備面15202回風(fēng)順槽； 南面30 m為井田邊界，北部為西翼回風(fēng)大巷、膠帶大巷、軌道大巷。

15201運(yùn)輸順槽布置在15#煤層中掘進(jìn)。15#煤層平均厚度為3.2 m，為石炭系上統(tǒng)太原組煤層，煤層厚度變化不大，無突變現(xiàn)象，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，局部褶曲現(xiàn)象比較明顯，但對(duì)整個(gè)工作面回采工作影響不大，含夾矸2層，單層厚0.02～0.1 m。巷道940～1 140 m處15#煤層上部有一層夾矸，厚度0.5～1.5 m，夾矸上部有一層14#煤層，厚度0.9～1.0 m；巷道沿15#煤層頂板進(jìn)行掘進(jìn)，掘進(jìn)長(zhǎng)度為2 200 m，巷道寬度為4.5 m，高度為3.2 m。

截止目前15201運(yùn)輸順槽已掘進(jìn)至760 m處。根據(jù)盛泰煤礦鉆探發(fā)現(xiàn)，巷道接近至774 m處將揭露一條F3正斷層，斷層落差為1.7 m，平均傾角為55°，斷層對(duì)巷道影響長(zhǎng)度為28 m； 巷道掘進(jìn)至757 m處時(shí)進(jìn)入斷層影響區(qū)，巷道成型效果差，頂板破碎嚴(yán)重。

2 過斷層分層爆破施工工藝

受F3斷層影響斷層處煤體出現(xiàn)上移現(xiàn)象，巷道揭露斷層后工作面上部煤體平均厚度為1.5 m，下部巖體平均厚度為1.7 m，為砂質(zhì)泥巖，巖體單軸抗壓強(qiáng)度為44 MPa，若直接采用掘進(jìn)機(jī)強(qiáng)行破巖時(shí)對(duì)掘進(jìn)機(jī)截割部損壞嚴(yán)重，所以掘進(jìn)采用分層爆破施工工藝。

1）“分層爆破”施工工藝，即對(duì)巷道下部斷面采用超前光面爆破施工，爆破斷面規(guī)格寬×高為4.5 m×1.7 m； 對(duì)上部斷面煤層采用松動(dòng)爆破施工工藝，爆破斷面規(guī)格寬×高為4.5 m×1.5 m。

2）首先對(duì)下部斷面施工光面爆破鉆孔，共計(jì)28個(gè)，其中周邊孔20個(gè)，孔深為1.5 m，輔助孔4個(gè)，孔深為1.5 m，掏槽孔4個(gè)，孔深為1.7 m；周邊孔及輔助孔單孔裝藥量為0.6 kg，掏槽孔單孔裝藥量為0.9 kg，采用1#、3#、5#三段毫秒延期電雷管進(jìn)行爆破，延期時(shí)間為130 ms。

（1）下部斷面爆破施工完成后，及時(shí)采用隔爆型耙?guī)r機(jī)進(jìn)行煤矸清理，然后在巷道頂板施工一排撞楔超前支護(hù)，每排布置10根超前支護(hù)體，超前支護(hù)垂直工作面煤巖體且布置在設(shè)計(jì)頂板位置。

（2）巷道頂板撞楔超前支護(hù)施工完后，對(duì)巷道上部斷面煤體施工兩排松動(dòng)爆破孔，每排8個(gè)，孔間距為0.75 m，排距為0.5 m，第一排距頂板垂直距離為0.3 m，松動(dòng)爆破孔深為1.0 m，見圖1。

圖1 15201運(yùn)輸順槽“分層爆破”施工炮孔布置

（3）松動(dòng)爆破孔施工完后，對(duì)每個(gè)鉆孔內(nèi)填裝1支礦用乳化炸藥卷以及一支3#毫秒延期電雷管，單孔裝藥量為0.3 kg；松動(dòng)孔爆破時(shí)從下往上依次爆破，每次允許爆破孔數(shù)不得超過3個(gè)。

3 過斷層圍巖支護(hù)技術(shù)

為了保證巷道過斷層期間圍巖穩(wěn)定性，決定對(duì)巷道頂板采取“注漿錨桿+桁架錨索+鋼棚”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。

3.1 注漿錨桿支護(hù)

注漿錨桿支護(hù)主要對(duì)斷層影響區(qū)裂隙圍巖進(jìn)行注漿錨固支護(hù)，降低頂板裂隙擴(kuò)張破壞作用，提高頂板整體穩(wěn)定性。

（1）巷道進(jìn)入F3斷層應(yīng)力區(qū)后頂板錨桿參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。頂板每排布置5根錨桿，其中第一排錨桿中三根為左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿長(zhǎng)度為2.5 m，直徑為22 mm；兩根為注漿錨桿，長(zhǎng)度為3.0 m，直徑為30 mm，注漿錨桿交錯(cuò)布置，見圖2。

圖2 15201運(yùn)輸順槽斷層應(yīng)力區(qū)聯(lián)合支護(hù)斷面、平面

（2）錨桿排距為1.2 m，第二排錨桿布置一根注漿錨桿，且布置在巷道中部，相鄰兩排注漿錨桿成“一.二.一”布置方式。

（3）同一排錨桿外露端安裝一根長(zhǎng)度為4.2 m（5孔），寬度為0.32 m的 “JW”型鋼帶，鋼帶與錨桿之間采用鋼方墊、螺母進(jìn)行預(yù)緊。

（4）錨桿錨固后將注漿軟管插入注漿錨桿中部圓孔內(nèi)，并采用專用注漿泵進(jìn)行注漿。注漿液采用聚氨酯粘合劑，注漿壓力為1.2 MPa。注漿期間發(fā)現(xiàn)頂板煤巖體裂隙有返漿現(xiàn)象時(shí)，及時(shí)停止注漿。

3.2 桁架錨索支護(hù)

桁架錨索支護(hù)主要通過調(diào)整錨索角度，對(duì)錨索施加預(yù)應(yīng)力從而削弱應(yīng)力對(duì)頂板破壞作用。

（1）將原巷道頂板每排三根錨索替換為每排兩根，兩根錨索長(zhǎng)度為6.3 m，直徑為21.8 mm，錨索布置間距為2.5 m，兩根錨索與頂板夾角為70°，錨索外露長(zhǎng)度為0.25 mm，錨索排距為2.4 m。

（2）同一排兩根錨索施工完后，分別對(duì)兩根錨索外露端安裝兩根長(zhǎng)度為1.3 m，直徑為15 mm圓鋼托架，并采用雙向張拉器對(duì)兩根托架施加橫向預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)扭矩為240 N.m。

（3）圓鋼托架將橫向預(yù)應(yīng)力傳遞至兩根錨索上，在預(yù)應(yīng)力作用下兩根錨索產(chǎn)生一個(gè)垂直鉆孔壁斜向上的作用分力，該作用分力有對(duì)垂直向下的應(yīng)力進(jìn)行削弱作用。

3.3 矩形鋼棚支護(hù)

通過安裝矩形鋼棚，進(jìn)一步提高頂板穩(wěn)定性，當(dāng)頂板出現(xiàn)大變形時(shí)鋼棚對(duì)頂板產(chǎn)生一個(gè)被動(dòng)支撐作用力，防止頂板冒漏、垮落事故發(fā)生。

（1）矩形鋼棚主要由頂梁、棚腿、固定錨桿、卡纜、地錨、底座等部分組成，頂梁長(zhǎng)度為4.2 m，棚腿長(zhǎng)度為3.2 m。

（2）當(dāng)巷道掘進(jìn)至斷層應(yīng)力區(qū)后及時(shí)安裝矩形鋼棚，鋼棚安裝順序?yàn)椋旱鬃锿取斄骸潭ㄥ^桿，鋼棚安裝后保證鋼棚頂梁與兩幫垂直。

（3）鋼棚安裝間距為1.5 m，鋼棚安裝后在棚腿、頂梁與圍巖間隙處填充水泥背板，水泥背板長(zhǎng)度為1.6 m，寬度為0.3 m。

4 結(jié)語

盛泰煤礦對(duì)15201運(yùn)輸順槽過F3斷層期間采取合理有效的掘進(jìn)工藝及支護(hù)技術(shù)，通過實(shí)際應(yīng)用取得了顯著成效：

1）15201運(yùn)輸順槽過F3斷層期間采用 “分層爆破”施工工藝，解決了機(jī)械化掘進(jìn)一次性成巷時(shí)，頂板支護(hù)不及時(shí)導(dǎo)致頂板破碎、垮落等技術(shù)難題，減少了機(jī)械設(shè)備破巖量，降低了設(shè)備故障率。

2）通過對(duì)斷層應(yīng)力區(qū)頂板采取聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，有效控制了應(yīng)力作用下頂板出現(xiàn)破碎、斷裂等現(xiàn)象，提高巷道頂板整體穩(wěn)定性，通過現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，采取聯(lián)合支護(hù)措施后，頂板最大下沉量為0.24 m，局部出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，但未發(fā)生冒漏事故，保證了巷道安全快速掘進(jìn)。