掘進巷道斷層識別方法及處理措施

李士輝

（晉能控股煤業集團四明山煤礦，山西 晉城 048000）

四明山煤礦9104運輸順槽位于井田南部一采區，開口位于南翼輔運大巷970 m處。該巷道開口坐標點為（3961809.998，38415644.539），方位角為180°45′10〃，工程量為1250 m（平距），巷道沿9#煤層頂板（破底）掘進坡度為2°～15°，每300 m在回采幫施工躲避硐室一個，凈寬×高×深為1.5 m×2 m×1 m(支護同正巷)。

9104運輸順槽掘進煤層為9#煤，煤層走向西北—東南，傾向東北，巷道掘進坡度為2°～10°，平均厚度為1.62 m，巷道采用綜合機械化掘進工藝，截止目前已掘進240 m。

9104運輸順槽掘進期間預計揭露7條斷層，其中F1斷層巷道187 m處已揭露。為了保證巷道后期過斷層施工安全，合理判斷揭露斷層產狀要素，為巷道掘進工藝、支護工藝調整提供準確依據。通過技術研究，合理分析了集中斷層識別方法，并提出了相應的處理措施。

1 斷層識別方法分析

掘進工作面斷層快速識別法能夠為工作人員快速指明掘進方向，同時還有利于了解斷層結構。快速識別法通常有以下幾種：

1）層位對比法：該方法能夠在掘進的過程中根據斷層的巖層厚度及硬度快速判斷斷層的落差及傾角，而且適用范圍廣，步驟較少。如當工作人員在掘進9104運輸順槽掘進至568 m處時遇到了一個F5斷層，斷層落差為2.7 m，如圖1所示。斷層的另一面巖性為泥巖，測量人員將該處巖層的巖性與距斷層30 m處的巖性比對，發現巖層為9#煤層的直接頂其厚度為0.6 m。根據以上判斷能夠快速了解斷層的落差及傾角，從而為工作人員快速指明掘進方向。

圖1 層位對比法識別斷層

2）斷層特征法：由于斷層帶在形成過程中會形成較多的一些小構造，可以根據斷層帶形成的特征來判斷落差及性質。通常形成的構造有：斷層角礫巖、平行小斷層、牽引褶曲、斷層擦痕、羽狀斷裂。勘察人員可以根據這些特征來判斷掘進方向。

3）規律類推法：根據資料顯示，9102運輸順槽在掘進至750 m處時揭露了一個落差高度為3.7 m的正斷層，經過規律總結不難發現，9104運輸順槽在掘進至750 m左右處預計同樣也會揭露該斷層。而在實際掘進中，在9104運輸順槽掘進至702 m處揭露該斷層，如圖2所示。

圖2 規律類推法識別斷層

4）作圖分析法：掘進工作面在揭露斷層后，對現場繪制斷層的產狀坡面圖與已揭露斷層的產狀圖進行對比，對比后可以發現新斷層帶的性質與落差，從而為工作人員的掘進提供最可靠的數據，便于工作人員采取措施。

5）雷達識別法：根據電磁波在不同的介質中傳播的速度不一樣，勘測人員可以利用電磁波對斷層進行勘察，從而判斷出斷層的性質與落差。與其他識別方法相比，該方法能夠對落實進行預判。因此，勘測人員可以在掘進前先用雷達對掘進面進行勘察，這樣能夠為工作人員提供參考依據。

2 過斷層掘進方法及支護措施

2.1 掘進方法

1）施工人員可以根據每個斷層的性質及落差來采取有效的過斷層措施，通常采用改變掘進方向或改變掘進傾角來通過斷層。不論采用哪種掘進方式都不能影響掘進巷道的使用功能，同時還需盡量少丟煤、少繞路、少掘巖層。為了確保工作人員的生命安全，在工作面通過正斷層（上盤向下盤）或逆斷層（下盤向上盤）時，都要對頂板加強支護，確保頂板不會冒頂。

2）如掘進前勘察的斷層落差比較大時，可以采取改變掘進方向來避開斷層，將工作面退后一定距離，以煤層為切眼重新掘進一個工作面；如斷層落差比較小時，可以采取臥底或挑頂的方式改變掘進傾角來通過斷層。

2.2 支護措施

2.2.1 錨網索支護

1）頂錨桿選用直徑與長度分別為0.02 m及2.4 m的高強度左旋螺紋鋼錨桿，幫錨桿選用直徑與長度分別為0.02 m及2 m的高強度左旋螺紋鋼錨桿。錨桿托盤的長、寬、厚分別為0.15 m、0.15 m、0.008 m，相鄰錨桿之間的距離為0.9 m，兩排的間距為1 m，每排施工五根錨桿。

2）距兩幫0.2 m頂錨桿的施工角度與工作面垂線呈15°，其他所有錨桿全部與工作面垂線重合，且錨桿的預緊力均要達到標準。樹脂錨固劑的放入順序為先MSK2335后MSK2360。

3）鋼絞線選用錨索的直徑與長度分別為0.17 m、5 m，托盤的長、寬、高分別為0.3 m、0.3 m、0.016 m。相鄰錨索的排距為2 m，每排施工一根預緊力為200 kN的錨索。樹脂錨固劑的放入順序為先MSK2335后MSK2360。

4）鋼筋經緯網的材料選用冷拔鐵絲，長、寬分別為2 m、1.4 m，網格為長度為0.1 m的正方形，巷道的頂板與側幫均安裝鋼筋網，且接口處搭接嚴密，搭接交叉處長度要大于0.1 m，且用鉛絲將交叉部位捆綁牢固。

2.2.2 礦工鋼棚支護

1）鋼棚支護選用高強度工字鋼，棚梁的長度與寬度分別為4.3 m、0.12 m，棚腿長度為4 m。鋼棚支護工藝按照以下步驟：采用掘進機或炮掘等方式使工作面漏出煤或矸；安檢人員通過敲幫問頂的方式進行煤壁檢查后將工作面的臨時支護前移；采用架板與高梯架設臨時支護平臺，同時對頂板與側幫煤壁進行錨網支護；待工作人員將底口與棚距測量完畢后施工柱窩，施工時必須確保每根柱窩施工到實底，四名施工人員將棚腿搬運至工作面，用鉛絲將棚腿與頂部錨桿、頂網捆綁牢固，由兩名工作人員扶好后，其余人員再去搬運其他棚腿與棚梁；臨時平臺搭好后在上方安裝棚梁，安裝好一頭后安裝另一頭；當平臺全部安裝完畢后，觀察平臺各棚梁是否水平且牢靠，不合適時及時調整；棚梁上還需鋪設一層鋼筋網片，并用方木呈“井”形絞頂背幫，棚腿之間可以通過四根撐木來撐緊。

2）支護要求：鋼棚在架設過程中要以掘進工作面的中線為基準，棚腿的柱窩施工深度要大于0.15 m。棚腿之間可以通過四根撐木來撐緊，棚腿在安裝時要確保與圍巖貼實，如無法貼實可以采用鉛絲將木板與棚腿綁緊后與幫部貼實。棚梁在架設時需保證水平狀態，方木呈“井”形填充并絞實，同時在進行勾頂、背幫作業時，要確保木料與煤壁貼實，避免出現空幫空頂的現象。頂部及兩側的背板要保持與巷道的中線平行，背板的用量及位置可以根據巷道支護的地形決定。

3 結語

四明山煤礦對9104運輸順槽掘進期間揭露的斷層提出了集中識別方法，準確掌握了斷層產狀要素，為掘進工作面過斷層期間掘進工藝調整提供了有力依據。同時對過斷層期間提出了相應的支護措施，有效控制了斷層帶處不穩定煤巖體，保證了巷道圍巖穩定性，避免了斷層帶出裂隙擴張破壞作用導致頂板破碎、冒落現象，在巷道安全快速掘進上，取得了顯著的應用成效。