复杂地质条件下煤矿掘进支护技术应用

李晓明

（西山煤电集团公司 生产技术处，山西 太原 030053）

西山煤电集团镇城底矿位于西山煤田的西北边缘，地处古交市西北，该井田范围内地质构造复杂，断层、陷落柱较多，水文地质条件中等，属于带压开采矿井。矿井定生产能力为190万t／年，现主采煤层为2.3#和8#.

1 概 况

1.1 所采煤层情况

2.3#煤层厚度1.30～5.74m，平均厚度3.52m，煤层结构复杂，含1～3层夹矸，其中上部0.10～0.25 m和中部0.2～0.3m的两层夹矸较稳定。在2.3#与4#号煤层合并部分夹矸为0.10～0.40m.该煤层全区均可采，整体由东向西逐渐增厚，可采指数为1.0，变异系数为28.6%，属稳定型煤层。

8#煤层位于7#煤下10.75～30.78m，平均17.64 m.煤层厚度1.70～5.65m，平均4.02m.该煤层为太原组主要可采煤层，由东南向西北厚度逐渐增厚，结构复杂，常含2～4层夹石，在全区是最厚的可采煤层，可采指数为1，变异系数为9.2%，属稳定型煤层。

1.2 所采煤层顶底板情况

2.3#煤层顶板为灰黑色砂质泥岩，局部相变为细砂岩或中砂岩；8#煤层顶板为L1庙沟灰岩，局部为中砂岩或粗砂岩，底板为泥岩。煤层顶、底板情况统计见表1.

表1 煤层顶、底板情况统计表

1.3 所采煤层中地质构造分布情况

1）断层。

井田内地质构造复杂，构造形态略成一个倾伏状、波浪式不对称向斜构造，区内断裂构造发育情况大致分成3个带：西北边缘断层带、中心褶曲断裂带、东南部歇马沟断层带。区内断层较多，且大部分为正断层。精查报告中，探明落差大于5m的断层59条，其中在镇城底井田范围内37条，在生产中已揭露21条。生产中还揭露了91条落差大于3m的精查报告中没有查明的正断层，严重制约矿井正常生产。

2）陷落柱。

由于煤系基底的奥灰岩岩溶发育，经长期的溶蚀作用，使得煤系地层沿地下岩溶塌陷，形成了目前的柱状陷落。矿井原勘探阶段发现了陷落柱2个，到目前为止，在采掘过程中已揭露58个。

2 矿井过地质构造的主要方法

2.1 地质勘探及预测预报方法

采用瑞利波物探、钻探和巷探等方法查明工作面前方地质构造情况，结合工作面周边已揭露构造情况、邻近巷道揭露构造情况及有掘必钻资料，根据预报编制过构造的安全技术措施，进行地质构造的超前预测。

2.2 前期准备

根据地质预报及勘探资料提前编写过构造安全技术措施，准备好圆木、工字钢、破板等支护材料。

3 掘进工作面过地质构造的主要方法

3.1 过断层

1）2.3#煤过断层。

断层及前后5m范围采用棚锚联合支护，巷道顶板全锚支护采用锚杆+锚索+钢带+钢筋网。全锚支护顶板采用“螺纹锚杆+W 型钢带+钢筋网+锚索”联合支护，锚索布置在两条钢带之间。两帮采用“螺纹锚杆+菱型金属网”支护。架棚支护采用11#矿用工字钢，梁长4m，棚梁净口3.7m，腿长3.2m，棚距0.8 m，并按“帮三顶四”攀帮构顶，叉角0.4～0.5m.

2）8#煤过断层。

过断层顶板采用全锚支护，巷道顶板全锚支护采用“锚杆+锚索+金属网”。顶锚布置为矩形方式，顶锚杆使用d20mm×L2000mm螺纹锚杆配合d6 mm钢筋网，间排距1000mm×1000mm，打注5根锚杆；帮锚杆矩形布置，间排距1000mm×1000 mm，并挂金属网。根据实际情况对断层上下盘打注对锚索，锚索规格d17.8mm×L6300mm.

3.2 过陷落柱

1）2.3#煤过陷落柱。

a）陷落柱岩性坚硬、胶结性好、无溶洞、无淋头水且锚杆锚索预紧力能达到标准时，采用全锚支护，顶板采用d20mm×2000mm的螺纹锚杆+4200 mm长5眼“W”型钢带+d6mm×1000mm×4200 mm钢筋网支护，打锚索（d17.8mm×6300mm）加强支护，锚索打在两条钢带之间，隔排布置2根；两帮采用d20mm×2000mm的螺纹锚杆+菱型金属网支护，无炭柱段净宽保持4.5m，净高不低于3.0m，排距为800mm，并保证断面两帮过渡平缓，底板缓慢走平。

b）若遇顶板有淋头水、岩性松软、有溶洞或锚杆、锚索锚固力不达标时，必须采用锚棚联合支护，架棚支护采用11#矿用工字钢，梁长4m，棚梁净口3.7 m，腿长3.2m，棚距0.8m，并按“帮三顶四”攀帮构顶，叉角0.4～0.5m，必须将顶板用破板密勾，背严背实。

2）8#煤过陷落柱。

a）陷落柱坚硬，顶部胶结完整时，采用锚网联合支护，顶板采用d20mm×2000mm螺纹锚杆配合金属网矩形布置，间距1000mm打注5根锚杆，排距1000mm，锚索采用d17.8mm×6300mm布置加强支护，排距2000mm；帮锚采用d20mm×2000mm螺纹锚杆配合菱形金属网矩形布置，间距1000mm，打注3根锚杆。

b）陷落柱松软，顶部胶结松散、煤岩混合、有淋头水，在全锚支护的基础上架棚联合支护，架棚支护采用11#矿用工字钢，梁长4.0m，棚梁净口3.7m，腿长3.2m，棚距0.9m，并按“帮三顶四”攀帮构顶，叉角0.4～0.5m.

4 过构造案例

4.1 案例一

2013年3月20日，施工南一下组采区28107轨道运输巷，掘进至14#点前2m处，断层初现左帮，打锚杆、锚索出现淋头水，顶板不平整，21日经确定揭露1条落差为6.5m的正断层。

1）前期准备。

根据地质预报，提前编制过断层安全技术措施。揭露断层后，及时缩小循环，锚网联合补强支护，安排组织打钻，探明断层穿越长度及倾角，给定准确中腰线，严格按措施施工。

2）过断层施工方案。

导致煤层上跳，经计算给定10°腰线上山施工。工作面采用放炮落碴，掘进机配合出碴的方式掘进。

3）过断层期间支护措施。

过断层期间采取“锚网+W 钢带”对顶板进行支护，锚杆间排距缩小为1.0m×1.0m，锚索间排距缩小为2.0m×2.0m，掘进循环进尺缩小为1.0m.如遇顶板破碎、托顶煤、压力大难以支护时，加套金属棚进行补强支护，棚距为1.0m，按“帮三顶四”攀帮构顶。

4.2 案例二

2012年6月25日，施工南六采区22608皮带运输巷掘进至15#点前15m处遇陷落柱，打钻预计穿越25m，为保证顺利施工，及时采取措施。

1）前期准备。

根据地质预报，提前编制过陷落柱安全技术措施。揭露陷落柱后，及时补强支护，安排组织打钻，探明陷落柱穿越长度及倾角，给定准确中腰线，严格按措施施工。

2）过陷落柱施工方案。

经计算给定3‰上山施工。工作面采用放炮落碴，掘进机配合出碴的方式掘进。

3）过陷落柱期间支护措施。

采用全锚支护，顶板采用d20mm×2000mm的螺纹锚杆+4200mm长5眼“W”型钢带+d6mm×1000mm×4200mm钢筋网支护，打锚索（d17.8mm×6300mm）加强支护，锚索打在两条钢带之间，隔排布置2根；两帮采用d20mm×2000mm的螺纹锚杆+菱型金属网支护，无炭柱段净宽保持4.5m，净高不低于3.0m，排距为800mm.

5 经验及建议

5.1 地质构造超前预判

1）加强地测部门对工作面构造情况的预报工作，对工作面构造进行综合技术评价，确定通过构造的方法，提前编制过构造的安全技术措施。

2）在过构造期间，必须及时验证过构造措施对现场施工的有效性，发现与现场不符时，要及时调整措施，确保管理、措施、制度对现场的适应性。

5.2 提高现场管理及控制好顶板

1）在过构造期间，施工单位要严格按照安全技术措施施工，并且每班必须有跟班领导现场指挥。

2）掘进工作面在接近破碎带时，必须加密支护，遇冒落段时采用特殊支护方式。严格执行“短掘短支”的原则，严禁空顶作业。工前及爆破后进入工作面，严格执行敲帮问顶制度，一旦发现隐患必须先进行处理，确保安全的情况下方可进行其他作业。

5.3 过地质构造中新技术、新工艺的合理使用

工作面顶板破碎、垮帮严重，必要时采用注浆技术，该项技术实用性强，用液压或气压的方法把能凝固的浆液注入到岩石的孔隙、裂隙等结构面中，使围岩形成强度高、抗渗性能好、稳定性高的新结构体，改善并提高岩体的物理性。该技术在过构造过程中，提高了巷道的安全性，降低了巷道返修次数，有效控制了巷道围岩变形，提高了巷道整体稳定性，但因为价格比较昂贵，不能批量使用。