鄭少賓 李世強(qiáng)

摘 要:近年來(lái),隨著我國(guó)煤炭年產(chǎn)量逐年遞增,煤礦井下采掘作業(yè)面也隨之向縱深發(fā)展。在礦井巷道掘進(jìn)的過(guò)程中,經(jīng)常會(huì)遇到斷層,由于斷層的存在會(huì)對(duì)正常的掘進(jìn)工作造成一定的影響,為此,必須采取相應(yīng)的措施穿過(guò)斷層,以確保安全高效生產(chǎn)。基于此點(diǎn),本文首先闡述了煤礦井下斷層的形成機(jī)理及影響,并在此基礎(chǔ)上對(duì)煤礦井下掘進(jìn)迎頭過(guò)斷層技術(shù)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞:煤礦巷道掘進(jìn)過(guò)斷層技術(shù)

中圖分類號(hào):TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)07(b)-0102-01

1煤礦井下斷層的形成機(jī)理及影響

(1)斷層的形成機(jī)理。

通常情況下,當(dāng)?shù)V井內(nèi)的圍巖受力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其自身強(qiáng)度時(shí),巖體便會(huì)逐漸出現(xiàn)破裂,這種破裂情況在初始的過(guò)程中會(huì)呈現(xiàn)出細(xì)微的裂隙,隨著外力的作用和時(shí)間的推移,這些裂隙會(huì)緩慢發(fā)展,并相互聯(lián)合,最終會(huì)在巖體上形成一條破裂面,在破裂面兩盤相互滑動(dòng)之間便會(huì)形成斷層面。斷層主要分為兩種,一種是正斷層,主要是指斷層上盤相對(duì)下盤沿著斷層面向上滑動(dòng)的斷層。這種斷層具有以下特點(diǎn):破碎程度一般不太強(qiáng)烈,常出現(xiàn)在45°以上的位置處,并以60°～70°最為常見,形成的速度較為緩慢,斷層帶的發(fā)育相對(duì)較窄；另一種是逆斷層,具體是指上盤上升下盤下降的斷層。該斷層的特點(diǎn)是常出現(xiàn)在45°以下,以30°左右的位置處最為常見,伴隨著強(qiáng)烈的擠壓呈現(xiàn)出破碎狀態(tài),斷層帶的發(fā)育相對(duì)較寬。

(2)井下巷道斷層的影響。

在煤礦井下的采掘過(guò)程中,斷層的存在會(huì)對(duì)采掘工作面以及巷道的布置造成一定的影響,為此,通常都會(huì)將落差較大的斷層作為采區(qū)的邊界。而在采區(qū)范圍以內(nèi)的斷層一般落差都相對(duì)較小,主要以Ⅱ、Ⅲ級(jí)斷層為主,但這類斷層也會(huì)對(duì)采掘工作面及回采巷道的穩(wěn)定性造成非常嚴(yán)重的影響。根據(jù)大量的研究結(jié)果顯示,斷層在采動(dòng)的影響下極有可能出現(xiàn)活化現(xiàn)象,這會(huì)導(dǎo)致煤層的頂板巖層難以控制,特別是在采區(qū)斷層發(fā)育特征較為明顯時(shí),其對(duì)礦壓分布規(guī)律的影響更加顯著。通常情況下,在巷道掘進(jìn)和維護(hù)時(shí),斷層下盤最接近斷層面的位置處極容易出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象。當(dāng)掘進(jìn)至斷層影響帶時(shí),會(huì)出現(xiàn)較大的圍巖變形,這給支護(hù)造成了一定的困難。為此,安全通過(guò)并對(duì)斷層進(jìn)行有效處理,對(duì)于確保井下安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。

2煤礦井下掘進(jìn)迎頭過(guò)斷層技術(shù)的研究

2.1 斷層的判斷方法

(1)在斷層相對(duì)較小且小于井下巷道的高度或煤層厚度時(shí),其在巷道的揭露過(guò)程中很容易被發(fā)現(xiàn),此時(shí),可通過(guò)直觀判定法來(lái)確定斷層的具體位置。

(2)如果斷層的實(shí)際落差較大且大于巷道高度及煤層厚度時(shí),那么很難在巷道揭露的過(guò)程中準(zhǔn)確判定出斷層的位置,此時(shí)可采取以下方法確定斷層位置:其一,采用煤巖層對(duì)比法來(lái)尋找斷層,并對(duì)其產(chǎn)狀加以判定。按照巷道揭露過(guò)程中煤層頂板的實(shí)際情況,確定揭露的巖石為煤層的頂板或是底板,以此來(lái)判定斷層的具體位置；其二,采用標(biāo)志層法確定斷層的產(chǎn)狀及其位置；其三,標(biāo)高對(duì)比法。通過(guò)巷道前方及周圍標(biāo)高與迎頭標(biāo)高進(jìn)行對(duì)比,借此來(lái)確定斷層產(chǎn)狀及其位置；其四,鉆探法。通過(guò)在巷道的頂板或底板上進(jìn)行鉆探,可準(zhǔn)確探查出斷層的產(chǎn)狀及其位置。

2.2 巷道過(guò)斷層施工技術(shù)

(1)平巷過(guò)斷層。在對(duì)井下水平巷道進(jìn)行掘進(jìn)的過(guò)程中若是遇到斷層,可采取巷道轉(zhuǎn)彎法來(lái)尋找斷失煤層。具體方法如下:在水平巷道掘進(jìn)到某一點(diǎn)時(shí),突然發(fā)現(xiàn)煤層丟失,經(jīng)過(guò)判定以后確認(rèn)該斷層為一條傾向斷層。如果是在斷層帶巖石的壓力較小,且沒有瓦斯及水等威脅的前提下,那么可以沿著斷層進(jìn)行掘進(jìn),直至進(jìn)入另外一盤煤層即可；如果是在斷層帶周圍巖石破碎情況嚴(yán)重壓力較大且存在瓦斯和水等威脅的前提下,那么就不能緊貼斷層對(duì)巷道進(jìn)行掘進(jìn)施工,應(yīng)當(dāng)由巷道穿過(guò)斷層并進(jìn)入到另一盤巖層以后,拉開10m～15m的距離,然后再平行斷層走向上通過(guò)挖掘石門尋找另一盤煤層。

(2)傾斜巷道過(guò)斷層。在巷道掘進(jìn)的過(guò)程中,當(dāng)上山或是下山時(shí)遭遇斷層,可采取改變巷道坡度法來(lái)尋找斷失煤層。在過(guò)落差小于煤層厚度的斷層時(shí),如果斷層落差較小,可采取挑頂和臥底相結(jié)合的辦法尋找另一盤的煤層；如果斷層的落差較大,為減少巷道挖掘并避免丟煤,則可以采用短石門進(jìn)入到另一盤煤層當(dāng)中。

(3)過(guò)大斷層的方法。當(dāng)掘進(jìn)過(guò)程中遇到較大的斷層時(shí),如果斷層附近的巖石呈現(xiàn)出松軟破碎的狀況,若是仍然采用常規(guī)的方法和支護(hù)措施是很難順利通過(guò)該斷層的,為了能夠順利通過(guò),可采用注漿法對(duì)斷層周圍的巖石進(jìn)行加固。具體方法為:在掘進(jìn)至斷層面10m左右的位置時(shí)停止掘進(jìn),并安裝混凝土止?jié){墊,隨后對(duì)迎頭斷層10m左右的范圍內(nèi)進(jìn)行噴漿封閉即可。

2.3 過(guò)斷層支護(hù)

過(guò)斷層支護(hù)是確保安全掘進(jìn)的重要環(huán)節(jié)之一,在實(shí)際施工過(guò)程中,可采取以下幾種支護(hù)方式:其一,當(dāng)井下巷道內(nèi)的頂板為基巖且完整穩(wěn)定,而兩幫為煤層時(shí),可以采用矩形錨網(wǎng)噴支護(hù)；其二,當(dāng)井下巷道全部位于巖層中,并且圍巖比較穩(wěn)定,可采取拱形封閉錨網(wǎng)的方式進(jìn)行支護(hù)；其三,在巷道圍巖發(fā)生異常破碎或是對(duì)頂托煤層進(jìn)行施工時(shí),應(yīng)采用架棚支護(hù)；其四,對(duì)于架棚巷道可采用煤礦專用的11#工字鋼制作成支架,棚間距可為1m的對(duì)棚或0.8m的單棚,在墁頂位置處鋪設(shè)金屬網(wǎng),并進(jìn)行可靠連接；其五,采用錨網(wǎng)噴支護(hù)過(guò)斷層時(shí),如果是由于臥底造成巷道過(guò)高時(shí),應(yīng)施工1～2排撐幫柱,這樣有利于確保兩幫安全穩(wěn)定,避免折幫的情況發(fā)生；其六,當(dāng)架棚巷道臥底時(shí),可以采取棚下棚的方式進(jìn)行支護(hù),或是在原有的架棚支護(hù)不動(dòng)的基礎(chǔ)上,對(duì)棚腿進(jìn)行固定,在臥底兩幫然后用混凝土進(jìn)行澆筑,以此來(lái)確保棚腿穩(wěn)定。

2.4 注意事項(xiàng)

在掘進(jìn)過(guò)斷層破碎帶時(shí)應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn):其一,應(yīng)遵循敲幫問頂?shù)脑瓌t,并及時(shí)鑿除懸矸位置處的危巖,同時(shí)應(yīng)采用前探梁等臨時(shí)支護(hù)技術(shù)；其二,應(yīng)當(dāng)盡可能減少空頂距離,并縮短圍巖暴露在環(huán)境中的時(shí)間,最好是一次成巷；其三,應(yīng)加大支護(hù)的強(qiáng)度和密度,如有必要可采用復(fù)合支護(hù)的形式進(jìn)行支護(hù)；其四,若是斷層帶較為破碎,在爆破時(shí)應(yīng)當(dāng)控制好藥量,這樣能夠降低對(duì)圍巖結(jié)構(gòu)的震動(dòng)和破壞；其五,當(dāng)煤層位于斷層上方且頂煤較為破碎時(shí),應(yīng)當(dāng)采用超前錨桿支護(hù)的方法避免頂煤層發(fā)生冒落；其六,應(yīng)對(duì)構(gòu)造變化帶的地質(zhì)詳情進(jìn)行仔細(xì)調(diào)查,并以此為依據(jù)制定相應(yīng)的安全措施和施工方法；其七,應(yīng)合理使用防倒棚裝置,避免倒棚冒頂引發(fā)安全事故。

參考文獻(xiàn)

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