掘進巷道斷層識別方法及處理措施

李士輝

（晉能控股煤業(yè)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(qū)，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(jù)。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(jù)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(fā)現(xiàn)巖層為9#煤層的直接頂其厚度為0.6 m。根據(jù)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(jù)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(jù)這些特征來判斷掘進方向。

3）規(guī)律類推法：根據(jù)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(jīng)過規(guī)律總結不難發(fā)現(xiàn)，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(guī)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(shù)據(jù)，便于工作人員采取措施。

5）雷達識別法：根據(jù)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(jù)。

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(jù)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?shù)姆绞礁淖兙蜻M傾角來通過斷層。

2.2 支護措施

2.2.1 錨網(wǎng)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(jīng)緯網(wǎng)的材料選用冷拔鐵絲，長、寬分別為2 m、1.4 m，網(wǎng)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(wǎng)，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?shù)姆绞竭M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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(tài)，方木呈“井”形填充并絞實，同時在進行勾頂、背幫作業(yè)時，要確保木料與煤壁貼實，避免出現(xiàn)空幫空頂?shù)默F(xiàn)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(jù)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(jù)。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(wěn)定煤巖體，保證了巷道圍巖穩(wěn)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(xiàn)象，在巷道安全快速掘進上，取得了顯著的應用成效。