賀喜澤

（山西煤炭運銷集團吉縣盛平煤業(yè)有限公司， 山西　臨汾　041000）

引言

在煤礦井下巷道掘進過程中，斷層一直是最為常見的幾種地質(zhì)構(gòu)造形式，依據(jù)有關(guān)生產(chǎn)調(diào)查統(tǒng)計，因過斷層而引發(fā)的各類事故一直處于礦山事故的前列。特別是近年來隨著我國能源需求的不斷增大和淺層煤炭資源的日益殆盡，煤礦開采深度持續(xù)增加，開采地質(zhì)條件復(fù)雜程度日益提升，井下巷道掘進中遭遇斷層的幾率也顯著增高，為井下掘進作業(yè)的安全開展造成一定威脅。基于此，如何在掘進巷道過斷層時開展有效的支護便成為保障作業(yè)安全的關(guān)鍵要點，同時也是提升掘進作業(yè)效率，改善采掘銜接矛盾，實現(xiàn)礦井經(jīng)濟效益提升的強效推力。

1　工程概述

某礦主采煤層為山西組4號煤，煤層均厚4.1 m，現(xiàn)井下開掘三采區(qū)回風(fēng)巷（5307巷），巷道長度設(shè)計1 500 m，高寬分別為5.2 m和4.5 m，為半煤巖巷道。巷道上部存在偽頂，主要均厚為2.1 m的炭質(zhì)泥巖；巷道直接頂與基本頂分別為均厚4.2 m的砂紙泥巖和均厚7.9 m的粗粒砂巖。巷道掘進作業(yè)選用綜合機械法進行施工，根據(jù)以往地質(zhì)勘測可知，在巷道掘進至700 m處時會遭遇F12正斷層，斷層落差2.5 m，傾角62°。當(dāng)巷道掘進至660 m處時，頂板來壓明顯增加，局部偽頂無法留設(shè)，頂板5.8～6.4 m范圍內(nèi)存在離層，局部產(chǎn)生冒頂。在采用傳統(tǒng)支護技術(shù)進行永久支護后，受頂板壓力影響出現(xiàn)錨桿失效、鋼帶崩斷等現(xiàn)象，表明傳統(tǒng)支護技術(shù)無法滿足其實際需求，需探索全新且有效的支護工藝[1]。

2　傳統(tǒng)支護工藝不足分析

目前，井下三采區(qū)回風(fēng)巷道過斷層所選用支護工藝為“錨桿+W型鋼+錨索”聯(lián)合支護技術(shù)。所用鋼帶規(guī)格為長寬4 200 mm×250 mm，單根鋼帶配設(shè)錨栓五個，布設(shè)排間距為1 000 mm；頂板支護錨桿選用長2 500 mm，直徑22 mm的螺紋鋼錨桿，布設(shè)間隔1 000 mm，單個錨桿布設(shè)預(yù)緊力不小于200 N·m，垂直頂板布設(shè)；頂板煤間隔3 000 mm布設(shè)錨索一排，選用長4 500 mm的鋼絞線摸索，布設(shè)間隔1 800 mm，錨索托板選用300 mm×300 mm的高強度鋼板制成[2]。

回風(fēng)巷道上方偽頂均厚為2.1 m，所用支護錨桿長度2.5 m，導(dǎo)致錨桿錨固端位于直接頂同偽頂交接區(qū)域，當(dāng)通過斷層區(qū)域時，由于頂板壓力增加，使得常規(guī)錨桿無法對偽頂進行有效維護，出現(xiàn)偽頂?shù)拇竺娣e垮落；巷道所過F12斷層傾角超過60°，掘進通過時兩幫在覆巖壓力影響下會出現(xiàn)嚴(yán)重片幫，尤其是頂板同兩幫相交區(qū)域的三角煤柱留設(shè)十分困難，這使得通過采用4 200 mm鋼帶無法實現(xiàn)對巷道的有效維護；原支護所采用錨索為長4 500 mm的鋼絞線錨索，其錨固端位于直接頂，但由于直接頂存在局部離層的情況，因此使用錨索無法實現(xiàn)對支護的有效加強。鑒于上述不足，有必要在巷道通過斷層時預(yù)先對頂板進行加強，以確保偽頂?shù)耐暾头€(wěn)定[3]。

3　巷道過斷層支護綜合技術(shù)

結(jié)合礦井實際地質(zhì)條件，改變?nèi)蓞^(qū)回風(fēng)巷道原支護方案為“撞楔超前支護+超前注漿+密集工字鋼棚臨時加強支護+永久支護”的聯(lián)合支護工藝，通過在距離斷層20 m處開始布設(shè)鋼針和注漿的方法，構(gòu)建人工假頂，提升偽頂穩(wěn)定性的同時，最大化保障巷道過斷層時的安全性。

3.1　撞楔超前支護與超前注漿（見下頁圖1）

1）為有效規(guī)避巷道通過斷層時偽頂不會受覆巖壓力影響產(chǎn)生大面積垮落，采取超前撞楔支護工藝，在作業(yè)面頂板布設(shè)一排鋼針，鋼針同作業(yè)面相互垂直，所用鋼針長3 000 mm，布設(shè)間隔為400 mm，作業(yè)面鋼針布設(shè)總數(shù)為10排。

2）撞楔支護完成后，于頂板下方1 000 mm處布設(shè)注漿鉆孔，鉆孔深5 000 mm，單個斷面共布設(shè)4個鉆孔，各注漿孔同巷道兩幫夾角控制在6°左右，實現(xiàn)對3 m范圍內(nèi)三角煤柱的有效調(diào)控。

3）注漿鉆孔布設(shè)完成后，通過注漿泵注入馬麗散漿液，注漿作業(yè)時注漿壓力應(yīng)穩(wěn)定在5 MPa左右。此外，注漿中若作業(yè)面煤體發(fā)生漿液的滲透，則應(yīng)馬上中止注漿，并對注漿孔予以封堵。

4）待所注入漿液全部凝固后，再重新開張掘進作業(yè)。在掘進時，鋼針茬進幅度不超過1 000 mm，每向前掘進作業(yè)2 m，便進行一次鋼針補打作業(yè)，相鄰兩排鋼針采取錯位重疊的方法進行布設(shè)。

圖1　撞楔超前支護與超前注漿作業(yè)示意圖（單位：mm）

3.2　過斷層永久支護

1）巷道頂板錨索、錨桿與鋼帶布設(shè)方式維持原樣，但所使用鋼帶改為長5 200 mm的JW型鋼帶（7眼，眼間隔800 mm），鋼帶兩端同巷幫齊平并在其兩端分別穿插長2 000 mm螺紋鋼錨桿，錨桿固定于兩幫上。此外，鋼帶中間5眼均穿插長3 500 mm超長錨桿，同巷道垂直布設(shè)。

2）為更好地提升頂板穩(wěn)定性，所用錨索長度增加至8 300 mm，所用托板選用長度600 mm工字鋼梁制成[4-5]。

3.3　過斷層臨時加強支護

1）超前撞楔支護與永久支護完成后，在巷道過斷層區(qū)域布設(shè)工字鋼棚進行臨時加強支護，鋼棚由棚腿、棚梁與水泥背板三大組件構(gòu)成，其布設(shè)示意圖如圖2所示。

2）鋼棚布設(shè)前先對相關(guān)作業(yè)區(qū)域進行起底操作，起底寬度為300 mm，深度為200 mm。起底后，對相應(yīng)區(qū)域進行澆筑并預(yù)埋棚腿裝設(shè)底座。

3）起底澆筑凝固后，對照預(yù)埋棚腿裝設(shè)底座安裝棚腿，并布置棚梁，棚梁同巷道相互垂直。同時，棚梁與棚腿選用U型卡扣相互連接[6]。

4）每間隔500 mm布設(shè)鋼棚一架，相鄰兩個鋼棚間通過四根連接桿實現(xiàn)彼此的相連。此外，每完成相鄰兩架鋼棚的布置后在其上部鋪設(shè)長度為800 mm的水泥背板[7]。

5）工字鋼棚的布設(shè)應(yīng)在距離斷層5 m處開始，在通過斷層5 m后停止鋼棚布設(shè)，共計布設(shè)鋼棚數(shù)量為25架。布設(shè)完成后，配置專人定期對鋼棚各構(gòu)成組件及上部鋪設(shè)的水泥背板開展檢查，若發(fā)現(xiàn)存在變形或斷裂的情況，應(yīng)立即予以更替[8]。

圖2　工字鋼棚布設(shè)示意圖（單位：m）

4　結(jié)語

某礦井三采區(qū)回風(fēng)巷道（5307巷道）在過斷層支護中選用“撞楔超前支護+超前注漿+密集工字鋼棚臨時加強支護+永久支護”的聯(lián)合支護工藝替代原有的傳統(tǒng)支護方法，提升了巷道直接頂與偽頂?shù)耐暾耘c穩(wěn)定性，實現(xiàn)了過斷層巷道支護安全的顯著增強，從根源上有效地實現(xiàn)了巷道過斷層時局部冒頂、頂板沉降、支護失靈等難題的解決。同時，為井下掘進作業(yè)高效開展和日趨緊張的采掘矛盾，礦井綜合效益的增長提供了堅實的助推力。

[1]李建軍.大斷面巷道機械化掘進過斷層群技術(shù)[J].煤炭工程，2014（6）：43-45.

[2]王九紅.掘進巷道過斷層破碎帶支護方式探析[J].河南科技，2014（5）：25.

[3]申家志.巷道掘進過斷層方法及技術(shù)措施研究[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2014（9）：129-130.

[4]盧二虎，馬志剛.大斷面巷道過斷層破碎帶的掘進與支護方法[J].煤礦支護，2005（3）：30-31；23.

[5]張景公.過斷層破碎帶條件下巖巷掘進超前支護技術(shù)[J].煤炭技術(shù)，2012（6）：90-91.

[6]李井生.施工巷道過斷層破碎帶支護方法[J].煤炭技術(shù)，2011（3）：95-96.

[7]閆成柱.淺析掘進巷道安全過斷層支護工藝實踐[J].煤，2017（2）：51-52.

[8]曹健.楊莊礦過斷層巷道支護技術(shù)[J].煤炭技術(shù)，2016（10）：73-74.