煤巷掘進過斷層工程實踐與探索

朱亞飛 趙 波

（1.河南省煤炭科學研究院有限公司，河南 鄭州 450001；2.河南煤科院檢測技術有限公司，河南 鄭州 450001)

隨著煤礦開采深度的不斷延伸，地質條件漸趨復雜，在煤巷快速掘進的過程中多次受到斷層等地質構造的影響[1-4]。巷道掘進進程中地質資料的收集能夠為現場過斷層方案的制定提供指導，保證礦井安全生產[5]。目前，煤巷掘進收集地質資料主要采用物探法和超前探孔法[6]。超前探孔法是在煤巷掘進工作面沿煤層施工鉆孔，根據孔內鉆屑含量了解工作面前方地質情況。以陳四樓煤礦21408 軌道順槽掘進期間遇到的DNF64 斷層為例，進行了超前探孔法在煤巷掘進過斷層實踐中的探索和應用。

1 工作面概況

21408 工作面位于陳四樓煤礦十四采區，21408軌道順槽沿實體煤掘進，主采二2 煤層，厚度變化不大，平均2.68 m，結構簡單，屬穩定煤層。根據三維地震勘探資料及相鄰巷道實際揭露情況分析，21408 軌道順槽整體為一單斜構造，煤層傾角為6°～14°，平均10°，地質條件較為簡單。21408軌道順槽掘進鄰近DNF64 斷層，預計該斷層伴生的小斷層對掘進有一定影響。21408 軌道順槽先以方位角為136°施工71 m 后，再以方位角為162°施工727 m。21408 軌道順槽與DNF64 逆斷層相對位置如圖1。

圖1 21408 軌道順槽巷道方位示意圖

2 現場工程實踐

2.1 DNF64 斷層的初次揭露

21408 軌道順槽以方位角為136°掘進，在167 m 處巷道左幫出現巖石，在176.1 m 處巷道右幫出現巖石。為探測斷層的具體位置以及對巷道掘進的影響，在173 m 和176.2 m 迎頭處布置2個超前探孔（探孔參數見表1）。鉆孔采用MQS-50/1.7 型氣動手持式幫錨桿鉆機、B19 六方鉆桿和Ф28 mm 鉆頭。

表1 第1 組探孔參數表

1-1 探孔和1-2 探孔結果顯示全煤，不能確定斷層另一盤煤層的位置，巷道繼續以方位角為136°沿煤層掘進。繼續掘進至177.5 m 處，迎頭左幫出現1.7 m 巖石，右幫出現0.4 m 巖石。至187.5 m 處，迎頭左幫全巖，右幫出現0.95 m 巖石。在此范圍內布置探孔，了解斷層附近區域地質情況，預測斷層的上、下盤煤層位置。探孔參數見表2。

表2 第2 組探孔參數表

2-1 探孔顯示全巖；2-2 探孔顯示8.8 m 見煤，9.3 m 又見巖石；2-3 探孔顯示9.2 m 見煤；2-4 探孔顯示全巖。

根據第2 組探孔探測結果顯示煤層在巷道上方，可判斷此斷層為逆斷層，揭露部分落差為9～10 m。上、下盤煤層相對位置如圖2。

圖2 初次揭露DNF64 斷層預想剖面示意圖（m）

2.2 DNF64 斷層對巷道方位角變化設計方案的影響

考慮到現場實際情況，DNF64 斷層位于十四采區邊界，21408 軌道順槽巷道方位角即將發生變化，為減輕DNF64 斷層對巷道現場施工的影響，在187.5 m 迎頭范圍內布置探孔，了解巷道迎頭附近地質情況，優化巷道方位角變化設計方案。探孔布置位置示意圖如圖3，設計參數見表3。

圖3 21408 軌道順槽187.5 m 處迎頭探孔布置示意圖

表3 第3 組探孔參數表

3-1 探孔、3-3 探孔、3-4 探孔顯示眼底全巖；3-2探孔、3-5 探孔、3-6 探孔、3-7 探孔顯示全煤。

根據3-1 探孔、3-2 探孔、3-3 探孔、3-4 探孔探測結果分析：若繼續以方位角136°向前掘進并按照原設計在188.5 m 處變化方位角，巷道將以半煤巖巷或巖巷掘進，增加現場工作量，且斷層與巷道之間沒有留設保護煤柱，可能會造成巷道頂幫破碎，不利于巷道支護和維護管理。

根據3-2 探孔探測結果分析：若巷道方位角向右偏轉30°，即以方位角166°沿煤層（煤層傾角4°）施工，巷道將在迎頭前方10 m 范圍內繼續在下盤煤層中掘進。

根據3-4 探孔、3-5 探孔、3-6 探孔、3-7 探孔探測結果分析：若巷道方位角向右偏轉26°，即以方位角162°沿煤層施工，巷道將在迎頭前方22 m再次揭露斷層；而以方位角162°、2°上山施工，巷道將在迎頭前方30 m 范圍內繼續在下盤煤層中掘進，但隨著巷道的延伸，巷道會出現“拉底”的現象，加大現場工程施工難度。

根據以上分析結果，考慮DNF64 斷層保護煤柱約10 m 范圍，巷道能夠保證沿煤層掘進，對巷道方位角變化設計方案進行優化。方案如下：自21408 軌道順槽187.5 m 處后退11.4 m 開口，在巷道173 m 處以方位角162°沿煤層掘進施工。

巷道支護方案為：方位角變化后，巷道前10 m斷面設計凈寬×凈高=4800 mm×2600 mm，10 m以后斷面設計凈寬×凈高=4000 mm×2600 mm，排距為800 mm。巷道支護采用“錨網索”支護，頂板采用“M”鋼帶（4 m）和Φ20 mm×2200 mm高強錨桿，錨索為10.3 m 長，至頂板打錨索孔不見煤后改為6.3 m 長錨索，兩幫采用Φ18 mm×2200 mm 高強錨桿，間排距為800 mm×800 mm。巷道方位角變化處由于空頂面積較大，根據頂板離層情況打點柱，保證現場支護安全。

2.3 DNF64 斷層的再次揭露

21408 軌道順槽以方位角162°繼續掘進，至416.2 m（巷道方位角變化前的173～187.5 m 不計入巷道總長度）處打錨索孔時上部見煤。為了解斷層附近的地質情況，布置探孔探測上盤煤層位置并制定過斷層方案。探孔參數見表4。

表4 第4 組探孔參數表

由表4 可知：

（1）4-1 探孔顯示2.7 m 見煤，4.2 m 又見巖石；4-2 探孔顯示眼底全煤；

（2）4-3 探孔顯示0.8 m 見煤，4 m 見巖石；4-4探孔顯示2 m 見煤，4 m 見巖石；

（3）4-5 探孔顯示0.6 m 見煤，4 m 見巖石；4-6探孔顯示2 m 見煤，4 m 見巖石；

（4）4-7 探孔顯示0.5 m 見煤，4 m 見巖石；4-8探孔顯示2 m 見煤，4 m 見巖石；

（5）4-9 探孔顯示0.8 m 見煤，4 m 見巖石；4-10探孔顯示2 m 見煤，4 m 見巖石；

（6）4-11 探孔顯示眼底見巖；4-12 探孔顯示眼底見巖。

根據4-1 探孔、4-2 探孔、4-3 探孔、4-5 探孔、4-7 探孔、4-9 探孔探測結果，可以推斷目前揭露斷層為逆斷層，上、下盤煤層相對位置如圖4。根據4-4探孔、4-6 探孔、4-8 探孔、4-10 探孔探測結果，可以推斷此斷層揭露部分從巷道左幫向右幫發育，上盤煤層在巷道上部從左幫向右幫逐漸變厚。

圖4 DNF64 斷層再次揭露預想剖面示意圖（m）

2.4 過斷層方案

根據以上推斷煤層相對位置以及4-11 探孔和4-12 探孔探測結果，制定煤巷掘進過DNF46 斷層方案。具體方案為：在巷道437 m 處迎頭以10°上山留底煤掘進施工，揭露上盤煤層底板后，巷道以16°上山托頂煤施工，直至進入全煤，共計全巖5 m，半煤巖19 m。過斷層方案預想剖面示意圖如圖5。

圖5 過DNF64 斷層方案預想剖面示意圖（m）

支護方案：巷道過斷層期間，頂板托頂煤施工時，采用Φ20 mm×2200 mm 高強錨桿+金屬網+雙抗網+M 鋼帶（4 m）支護；兩幫采用Φ18 mm×2200 mm 高強錨桿+金屬平網+木托盤支護，錨桿間排距為800 mm×700 mm。當頂錨桿錨固在煤層中時，鋼帶第2、5 個眼孔布置錨索加固，錨索直徑為Φ18.9 mm，長度為6.3 m。巷道采用雙排錨索梁加固，錨索間排距為1300 mm×1500 mm，錨索梁為12#槽鋼加工，長度3 m，一梁三索，錨索直徑為Φ18.9 mm，長度為6.3 m。

3 結論

根據三維地震勘探資料及相鄰巷道實際揭露情況分析，21408 軌道順槽掘進受到DNF64 逆斷層影響。在掘進過程中，前后兩次揭露DNF64 逆斷層，通過在巷道內布置探孔預判斷上、下盤煤層相對位置。以此為依據和指導，在初次揭露斷層時優化巷道方位角變化設計方案，再次揭露斷層時制定過斷層方案，保證煤巷正常掘進，為以后煤巷快速掘進過程中出現類似問題提供經驗。