3305 工作面膠帶順槽綜掘過斷層的措施與經驗研究

王棟梁 張 良 宋蓬萊

（汶上義橋煤礦有限責任公司，山東 濟寧 272500）

汶上義橋煤礦有限責任公司地質條件較為復雜，順槽掘進期間揭露的斷層多，巷道起伏變化大。3305 工作面膠帶順槽掘進期間，揭露大大小小斷層20 余條，嚴重制約施工速度。因此根據斷層產狀選擇安全、高效過斷層的方法，對提高掘進工效至關重要。

1 概況

3305 工作面膠帶順槽設計長度約1400 m，沿3煤層底板托頂煤掘進，3 煤層傾角15°～22°，平均18°。頂板為中、細砂巖，堅固性系數4～6；底板為細砂巖、泥巖，堅固性系數2～4。煤層結構較簡單，厚度約3.5～5.2 m，平均4.1 m。使用EBZ160掘進機破煤矸，最大爬坡能力為18°，循環進尺為1.6 m（偏差-200～200 mm）。煤層厚度小于4 m 時，沿煤層頂、底板掘進；煤層厚度超過4 m 時，沿左側底板破右側底板托頂煤掘進。

根據相鄰巷道支護及應力顯現情況，在支護設計參數選取中等以上安全系數的基礎上，由工程類比法確定3305 工作面膠帶順槽采用錨網索支護。錨桿的設計錨固力不小于100 kN，預緊力矩不小于200 N·m，錨桿間、排距偏差-100～100 mm。支護示意圖如圖1。掘進施工兩排后，進行臨時支護和頂板永久支護。幫部支護滯后迎頭不大于6 排錨桿，空幫高度不超過2500 mm，幫部圍巖松軟或破碎時必須及時支護。

圖1 支護示意圖(單位：mm)

2 過斷層的方法

3305 工作面膠帶順槽上山掘進，通過實踐摸索與設計優化，錯下斷層一般采取后退掃底壓頂的方式通過，錯上斷層根據斷層落差和巷道坡度的大小選擇逐段抬坡掘進的方式通過。

2.1 后退掃底壓頂掘進法

根據斷層的落差判定巷道壓頂的厚度，如果落差小于1.5 m，可以直接一次性壓頂。如果落差超過巷道高度的三分之二時，可以分臺階分段壓頂施工。壓頂后為確保巷道施工高度，需后退掘進機進行掃底。由于壓頂段處于斷層面附近，頂板巖石不連續不穩定，需采取加強支護措施。

（1）確定壓頂厚度后，根據巷道高度推算出掃底厚度。根據巷道的坡度及掃底厚度，選擇合適的后退距離及掃底后的巷道坡度。根據經驗一般掃底前后的坡度差不宜大于7°，否則在掘進過程中容易導致皮帶漂帶或壓輸送機機尾，影響施工進度。后退掃底壓頂法示意圖如圖2。

圖2 后退掃底壓頂法示意圖

（2）相較于傳統定坡度下山掘進和變平掘進過斷層方法，該方案可以減少破巖石量，減少對掘進機超負荷截割造成的損壞，降低煤流系統運輸矸石的壓力，減少出矸期間煤矸分運的工種配備。

（3）掃底期間，已掘巷道底板巖石堅固性系數較低，且新掘巷道底板為煤，可明顯提高施工進度。

（4）壓頂前，先對壓頂區域迎頭面進行錨網支護，錨桿使用Φ22 mm×2400 mm 高強無肋錨桿，距頂不大于400 mm，錨桿間距執行規程要求。封迎頭護網與頂板支護平網連成一體，連接點要均勻布置，間距不大于300 mm。

（5）壓頂時，先使用風鎬或手鎬在壓頂后的頂部刷出0.3～0.5 m 的空間并按規程要求進行錨網支護，嚴禁空頂作業。頂部支護后，在壓頂后的迎頭面頂部，按煤層走向布置一排前探錨桿控制頂板。錨桿使用Φ22 mm×2400 mm 高強無肋錨桿，錨桿伸入煤層不小于1.8 m，間距控制在0.4～0.5 m 范圍內，使用雙股14#鐵絲將錨桿端頭綁在頂部支護平網上，與錨桿連接處至少纏繞兩圈并擰緊，與平網連接處纏繞不少于兩扣。

（6）壓頂支護2 排錨桿后，立即在壓頂的第1排和第2 排錨桿之間打1 排錨索+T 型鋼帶加強支護，錨索必須緊跟迎頭。

（7）壓頂長度小于4 排錨桿時，必須短掘短支。短掘短支施工期間，距頂板1 m 范圍內不得進行截割。

（8）壓頂距離大于4 排錨桿后，根據揭露煤層硬度和托頂煤情況，由安監員、班長根據煤層情況，及時調整循環進尺。

2.2 逐段抬坡掘進

上山掘進揭露錯上斷層，傳統方法是直接定大坡度起坡掘進，但受掘進機爬坡能力的限制，不能一次性起坡。根據掘進機爬坡能力、機身長度、運行狀況及皮帶運行要求，每向前掘進8～12 m（機身長度10 m）起坡2°～4°，否則掘進機容易跨在起坡臺階上，前進后退極為困難，輸送機漂帶，甚至造成掘進機“趴窩”或二運卸載滾筒擠壓輸送機機尾滾筒的嚴重問題。以斷層FJ-3305-16 為例重點論述過斷層措施，落差7 m，巷道坡度17°，但由于施工坡度較大，還需采取防滑、防片幫等措施。逐段抬坡法示意圖如圖3。

圖3 逐段抬坡法示意圖(單位：m)

2.2.1 施工工藝

（1）先沿上盤煤層頂板施工，進入下盤后先按19°上山施工10 m，再按21°上山施工。根據現場揭露斷層產狀及時調整坡度，每次調整坡度不得超過3°，每個坡度施工長度不得小于10 m。

（2）過斷層破碎帶或斷層間托頂煤期間，短掘短支，循環進尺變更為0.8 m，幫部支護滯后迎頭不大于4 排。若遇到頂板破碎易冒落、幫部松軟易折時，可先截割上部，達到支護空間要求后進行支護，待頂板支護完畢后再割底煤。

（3）過斷層破碎帶或頂板破碎時頂部鋪設雙層網，錨索排距由2400 mm 調整為1600 mm，錨索緊跟迎頭，此種支護形式順延至地質構造帶范圍外至少5 m。頂部錨索伸入穩定圍巖小于1.5 m 時，采用Φ21.6 mm×6500 mm 錨索加強支護。

（4）當圍巖不穩定，頂板破碎、易風化、易冒落時，截割前及時打前探錨桿控制頂板，超前錨桿作為臨時支護并均勻布置在控頂區。超前錨桿間距400～600 mm，斜向上約20°～40°，外端用8#鐵絲綁在錨網上。

2.2.2 大坡度防片幫措施

（1）迎頭面上部超前施工0.3～0.5 m，嚴防出現傘檐、懸矸，否則必須先處理再作業。迎頭面上部掛設護網，護網與頂部護網使用雙股14#鐵絲連接，連接點間距不大于300 mm。

（2）人員作業時，不得背對迎頭面或未進行支護的幫部，并隨時觀察迎頭面和兩幫，發現片幫、冒頂預兆時，人員立即撤至安全地點，待處理后再進行作業。

（3）支護完頂板后，必須對幫部錨桿（頂板以下至少兩根）進行掛網支護，防止片幫傷人。巖巷掘進時幫部不再使用W 型鋼帶。

（4）迎頭作業時由跟班副區長安排專人觀察迎頭面頂幫情況，嚴格執行敲幫問頂規定，隨時找掉迎頭面及頂幫活矸危巖，發現冒頂片幫預兆必須撤出作業人員，待頂幫穩定后再進行臨時支護。

（5）在掘進機前行走時人員需間隔5 m 以上，前后錯位行走，互叫互應，防止摔倒或物料掉落、矸石滾落傷人。

（6）每班由跟班副區長安排專人清理或平整積矸和大塊矸石，便于行人和嚴防大塊矸石滾落傷人。

（7）迎頭處風水管路、工具及支護材料必須碼放整齊，確保退路暢通。跟班副區長根據迎頭作業情況嚴控作業人員數量，并隨時觀察頂幫、安全空間及退路情況，確保安全暢通。

（8）在掘進機前作業時，由跟班副區長安排專人找掉迎頭面及頂幫松動的活矸危巖，清理作業區域的大塊矸石，防止矸石滾落，確保安全退路暢通。在司機及副司機前增設防護欄，以防煤矸滑落傷人。

2.2.3 大坡度防滑措施

（1）掘進機截割及停機期間，在履帶下墊浮矸或枕木，減小機身坡度，增加履帶摩擦力，防止下滑。掘進機停機時，截割頭、鏟板落地，增加對地摩擦力。

（2）掘進機截割期間，在底板上割出凹槽，形成掘進機爬坡的“臺階”，防止掘進期間下溜。

（3）巷道坡度超過21°時，使用固定錨桿配合圓環鏈鎖住掘進機，防止截割及停機期間掘進機下滑。在掘進機機身左側幫部或底板上施工2 根固定錨桿，使用一根Φ22 mm×86 mm 圓環鏈配合連接環鎖住掘進機。爬坡困難時，在巷幫兩側各施工2 根固定錨桿，分別使用一根長度不小于10 m的Φ22 mm×86 mm 圓環鏈配合固定錨桿與行走部兩側側拉油缸連接，助力行走。固定錨桿Φ22 mm×2400 mm 的高強無肋錨桿，外露不超過400 mm，每根錨桿的拉拔力不得小于50 kN。圓環鏈的兩個鏈環分別固定在兩根固定錨桿上，錨桿螺母緊固滿絲，隨掘進縮短圓環鏈。

（4）掘進機爬坡受限時，應在履帶中間靠后側墊實硬質枕木，結實底板，助力爬坡。通過鏟板向下鏟煤堆積的形式不斷抬高掘進機的機身高度，在空間上實現掘進機的前進。

（5）上山施工超過23°以上時，墊實枕木和堆積煤矸無法助推行走時，后退掘進機，在履帶行走路線上施工地錨+14#槽鋼。槽鋼長1 m，每根槽鋼配合兩根地錨固定在底板上，兩側履帶行走線路上交叉均勻布置成掘進機行走軌道。

2.2.4 方案優點

（1）逐段抬坡，有效避免了壓輸送機機尾和漂帶撒煤的現象，有利于煤矸的順利運輸。

（2）每次抬坡不大于3°，有效避免了掘進機跨在變坡點的兩側，有利于掘進機行走。

（3）相對于傳統的后退挑頂過斷層方法，直接實現有效進尺，而無需后退二次重復施工，可以提高工效，縮短工期。由于巷道較高，后退挑頂工藝復雜，逐段抬坡施工安全系數更高。后退挑頂需破壞原有頂幫錨網索支護，材料消耗量加大。

（4）炮掘過斷層需打眼施工，且容易留有殘爆、拒爆隱患，掘進機截割危險系數增加。若回撤掘進機，再安裝耙裝機耙裝，回撤安裝工時多，且頻繁起吊安全系數低，不利于快速高效掘進。

3 結論

汶上義橋煤礦有限責任公司通過頻繁過斷層，不斷總結經驗，不斷在實踐中優化施工方案及措施，錯下斷層采用后退掃底壓頂的方式通過，錯上斷層采用逐段抬坡掘進的方式通過，相較于傳統過斷層方式，過斷層的工效提高兩倍，具有工藝簡單、勞動強度低、施工速度快、安全系數高等優點，已推廣應用于其他兄弟礦井，為綜掘快速高效過斷層提供了寶貴的實踐經驗。