姚桥矿煤巷综掘工作面过断层技术

张昭田

（中煤集团大屯煤电公司 姚桥煤矿，江苏 沛县221600）

断层及其破碎带是巷道开挖过程中常见的异常地质现象，断层破碎带作为一个低强度、易变形、透水性大、抗水性差的软弱带存在，与其两侧岩体在物理力学特性上具有显著的差异〔1－3〕。巷道穿越断层破碎带地段时，地质条件具有复杂性和突变性，煤层顶板及巷道围岩变形的空间分布受断层控制作用明显，依靠常规的巷道支护技术和施工方法很难克服开挖期的冒顶、突水等地质灾害和运行期大变形引起的支护结构破裂失稳〔4－6〕。因此，除了遵守一般技术要求外，还应采取针对性较强的辅助方法。

1 工程概况

姚桥煤矿7502B综采放顶煤工作面地表为山东省微山县昭阳湖区。该工作面东为7501工作面，西为7504采空区，北为7502采空区，南为－200m集运巷。地面标高＋31.82m～＋32.34m，工作面标高为－174m～－263 m，工作面内揭露断层2条，为北东向断层f185∠65°H＝1.5m和f128∠65°H＝3.3m，对回采有一定影响。该工作面水文地质条件简单，下部为采空区，主要充水源为7＃煤层顶板砂岩裂隙水，预计工作面正常涌水量5m3／h，最大涌水量8m3／h。

7502 B运输顺槽最低点埋深312m，沿7＃煤层底板掘进，设计全长为273m。巷道掘进过程中会遇到f128断层，落差约为3.3m。

2 巷道掘进方式

采用掘进机施工，EBZ160掘进机破煤岩，正常情况下掘进循环进度为2000mm，当顶板破碎、淋水、穿煤层或过断层时，循环进度缩小为1000mm。切割深度为500mm，切割厚度取400～500mm，以防出现大块，不利于装载。

掏槽位置位于工作面左下部，开始时掘进机紧靠下帮行走，切割头空载运转逐步靠近煤壁，待切割头切入工作面煤壁一定深度（一般为500mm）后，落下掘进机铲板和稳定器，完成掏槽作业。巷道正常段及地质异常段切割路线见图1、图2。

层位控制：7502B溜子道掘至9号点前约60m后探断层位置，探明后根据现场煤层倾角大小确定施工坡度，确保掘至断层处巷道上帮沿顶掘进，过完断层f218后追至7＃煤底板后沿7＃煤底板掘进。

3 巷道支护方式

图1 巷道正常段切割路线

图2 地质异常段切割路线

3.1 地质正常段

顶板状况较好采用锚网索支护（见图3）。锚网（索）临时支护形式采用3根4000mm长Φ50mm厚壁钢管、通过专用吊环基于支护顶锚杆的插杆悬臂式超前梁。

图3 巷道正常段断面支护

巷道顶板顶锚杆采用 MG20／2000／500／20的螺纹钢锚杆，托盘TPGF130／30／G／30×8／350支护，采用 MQT－120J型风动锚杆机钻孔，并实现钻孔、安装锚杆、搅拌药卷、拧紧锚杆快速安装工艺；两帮采用 MG20／2000／500／20的螺纹钢锚杆，托盘 TPGF130／30／G／30×8／350支护，采用ZM－90－I型手持式风煤钻钻孔，顶、帮每根锚杆均采用一根MSCK／23／60锚固剂实现端头锚固。

顶网铺设点焊网 WH4400×1100／60×60／4.5／780，两帮铺设金属菱形网 WL3000×1200／70×50／3／300。巷道打锚索加强支护，锚索规格SKL17.8／1×6／7200／1200／1860／7，每排2根，间排距1800mm×3000mm。托盘采用TPGF160／30／G／30×10／350。锚索采用 MQT－120风动锚杆机钻眼、安装，每眼使用2块MSCK／23／60树脂药卷。锚索初张拉力2～3t。

3.2 地质异常段

顶板破碎采用锚架联合支护（见图4）。锚架联合支护临时支护形式采用3根4000mm长螺纹钢、通过专用挂钩基于架好的棚梁上方的插杆悬臂式超前梁。

图4 地质异常段断面支护

架棚棚距为1000mm，架棚紧跟迎头，如顶、帮破碎压力较大时棚距及时缩小为800mm，架棚下扎为500mm，背板数量要足够，顶部为6块，帮为4块，每侧一拉勾两木撑齐全且顺直，木楔打紧。

及时进行联锁，在棚梁下700mm处各连一道，棚梁中间连锁一道。

过断层要视断层处的煤体情况，当煤体不好时，及时缩小循环距离，一排一割一锚一架棚子紧跟迎头，且先割窄距，后割宽距，使悬顶时间最短。

4 穿煤层施工措施

（1）巷道过断层及穿煤时，若围岩松软，顶板破碎，循环进度不超过1000mm，断面分次切割，分次支护，减小空顶时间、断面。

（2）锚索间排距由原来的2400×3000mm改为2400×2000mm，缩小锚索排距。

（3）当巷道顶板破碎留不住顶时要采取超前支护措施，每支护两排锚杆打一次超前支护，超前支护锚杆间距不小于300mm。

（4）必要时采取锚架联合支护，架棚紧跟迎头。

（5）加强锚杆支护锚固力的检测，保证支护强度，对锚固力不足的锚杆及时进行整改，确保顶板安全。

5 防冒顶措施

（1）坚持正规作业循环，严格执行敲帮问顶制度；正确使用临时支护设施，严禁空顶作业。

（2）永久支护紧跟掘进迎头，坚持“一掘一锚”支护方式，永久支护顶锚杆最大控顶距2400mm，最小控顶距400 mm，当煤层松软破碎时，应及时增打排间护顶、帮锚杆或缩小永久支护的锚杆排距。

（3）在断层破碎段采用锚架联合支护时，永久支护紧跟掘进迎头，坚持“一掘一锚一架”支护方式，循环进尺1000mm，架棚支护紧跟迎头。套棚施工时，梯形棚支护最多滞后锚网索支护4排距离，锚架联合支护段改变支护时起、终点5棚基本支架必须用专用抬棚卡连锁。

（4）实行锚网支护顶板离层监测，每隔40±5m在巷道正中安装一个顶板离层仪，在巷帮悬挂统一制作的离层仪安装、观测牌板，并定期进行顶板离层观测，发现顶板离层超过临界值，必须及时采取加强支护措施，顶板离层仪滞后掘进迎头的距离不大于60m。

6 结语

（1）矿压观测结果表明，对于断层破碎带采用超长螺纹钢锚杆临时支护、改变巷道断面参数及“锚网索＋架棚”联合支护技术，巷道顶板压力显现不显著，巷道掘进期间无顶板冒落现象，在现场应用效果良好。

（2）断层破碎带处，采用超长螺纹钢锚杆临时支护、“锚网索＋架棚”联合支护作永久支护，巷道维护效果好。据现场观测数据，顶底板最大相对移近量为58.7mm，两帮相对移近量最大为121.4mm，均在控制范围内。

〔1〕邹光华，张凤岩，宋彦波.巷道过含水断层破碎带的注浆加固技术〔J〕.煤炭科学技术，2010（6）：50－53.

〔2〕晁建伟，余同勇，韦四江.回采巷道过断层顶板破坏特征研究〔J〕.矿业安全与环保，2009（2）：13－15，92.

〔3〕尧 军，孙光中，晁建伟.过断层巷道顶板应力分布规律的数值模拟研究〔J〕.矿业快报，2007（11）：14－16.

〔4〕蔡东红，吴义泉，郜锦柱.断层应力影响区巷道支护技术与实践〔J〕.煤炭工程，2009（2）：41－43.

〔5〕刘泉声，等.断层破碎带大断面巷道的安全监控与稳定性分析〔J〕.岩石力学与工程学报，2010（10）：1954－1962.

〔6〕勾攀峰，胡有光.断层附近回采巷道顶板岩层运动特征研究〔J〕.采矿与安全工程学报，2006（3）：285－288.