过特大断层掘进断面及支护方案

郭振华

（同煤集团云冈矿，山西 大同 037017）

引言

同煤集团云冈矿自建矿以来从未施工过此类断层，由于断层落差大、施工工艺繁琐、员工劳动强度大、施工缓慢、危险系数高，以现有的施工工艺及支护工艺不能保证安全、顺利的通过，即使安全顺利的通过也不能保证将来回采时无安全隐患，并且维护巷道危险性高，维护费用也相对较高。

为了避免对施工人员及设备造成极大的安全隐患，减少煤炭损失，增加煤矿效益，并为将来遇到此类地质构造提供有效可靠的经验及安全保障。经有关矿领导的组织，研究出一套可靠的、具有针对性的施工方案。

1 工作面情况说明

2615巷位于12号层406盘区，该巷道东西走向布置，设计长度438m，煤层较稳定，简单无夹石，煤层厚度1.9～6.5m，平均4.5m，煤层赋存较稳定，倾角在1°～3°，平均2°。

2615巷道直接顶为细砂岩灰色，含少量暗色物质，胶结结实，厚度为2.4m。老顶为细砂岩灰色，胶结坚实，硬度较大，底部为石英砂岩薄层。底部发育一层0.2m的煤线，厚度为31.25m。巷道北部为云冈矿物探低阻异常区，南部靠近宏达煤矿主副井筒，西部为云冈矿406盘区的三条盘区巷，东部靠近我矿与晋华宫井田矿界。

但在2615巷道距506－4回270～290m范围内处发育一条东南走向落差为30m的正断层（见下页图1），预计在过断期间顶板破碎，压力较大，掘进困难，且支护难度非常大。

2 工作面设计及支护方案

2.1 顶板相对容易维护时支护方案

1）当遇断层或出现顶板破碎时，采用锚杆、钢带、金属网、锚索梁支护。顶板打设四眼钢带（孔距900mm、长度320mm）并铺金属网，顶锚杆排距1m（可根据实际情况增大支护密度，当1m排距不能有效维护顶板时，顶板锚杆排距可缩小为800mm并割够一个支护排距，支护一排锚杆，必要时根据现场实际情况缩小排距）；打设三眼锚索钢梁（长度4 000mm、孔距1 900mm），排距2m（必要时缩小到1.0m或0.5m）。过断期间锚索均采用10m钢绞线，边锚索与钢梁呈65°角斜拉。并在巷道顶板破碎处进行挂顶网（注：本措施中出现的顶网均为金属网）支护，顶网顺巷布置，相邻两网间搭接200mm，用14号铅丝在搭接处间隔200mm按三花状扭结。

2）遇到断层时，必须在断层的上下盘支护锚索梁，并位于断层处前后10m支护顶网上。

3）巷道顶板和两帮压力均较大时，增加打设角锚索，角锚索的打设排距为2m，角锚索长度可根据实际情况而定但不小于4m，且保证帮网和顶网连接良好。

图1 断层图

4）若顶板破碎比较严重，难以留住且因为支护等级低不能或难以维护时，要提前打钢针，每排钢针以仰角不大于5°间距0.3m至0.5m打设一排钢针，矩形巷道钢针布置：钢针要以一个水平，一个方向打设在工作面顶端，外露长度不大于0.5m，含煤（岩）体深度不小于2.5m，第一排钢针的尾部与紧靠工作面的棚梁搭接，或者注设专用的锚索钢梁悬吊在钢针尾部。每掘距离2m处补完棚架时在上一排钢针的掩护下再打下一排钢针，如此循环往复。在穿钢针的过程中，顶板破碎难以保证工作面的安全时，把工作面的煤碴摊平压实，在工作面中间和风筒处打设“井”字型木垛，木垛采用1.2m长的道木，并用把钉联接，木垛顶部与顶板刹紧背牢后并在当空顶处的围岩稳定后，进行穿钢针工作，钢针间距0.3m至0.5m，插入工作面的深度不小于2.5m，钢针的尾部用两架棚梁搭起，背结实。完成巷道行人一端的钢针支护后，在巷道另一端打设木垛，穿钢针，最后拆除工作面中间的木垛。在下一次的穿钢针作业中，如上所述依次循环直至通过断层破碎带。

5）如顶板破碎特别严重并且支护等级相对较低都不能有效维护时，采用下面的支护方案（见下页图2）：

1）采用架棚支护、锚索钢梁支护和护顶网支护，并配合在巷道顶板打注“马丽散”和穿钢针方法的支护方案。棚梁长度为4 000mm，钢腿高度为2 900mm，架设钢梁钢腿棚时，棚距为1m（可根据实际情况，必要按时缩小到0.5m），钢梁两端与钢腿顶部的开口锁定，每相邻两架钢腿之间用两道拉杆进行固定，同时，每根钢腿均用“U”型卡子与巷帮固定，“U”型卡子布置在棚腿的1／3和2／3两处，锁定“U”型卡子的锚杆采用2m以上的锚杆，锚杆的注设和安全要符合作业规程的要求。钢腿的底部必须挖柱窝支在实底上，必要时钢腿底部焊接柱靴。如果在一对钢腿的支护下，棚梁仍有弯曲变形现象，在棚梁的每端再支设一根或两根圆木，即一梁两柱或一梁四柱，圆木必须垂直支在硬底上，上端与钢梁平面紧接，并用木楔背紧背牢，如钢梁平面不能与木柱平面接紧，木柱顶端必须开槽与钢梁相托。顶板与钢梁之间的空隙用道木呈“井”字型与顶板刹紧背牢。必要时，用短锚索钢梁重新悬吊棚梁，短锚索钢梁与棚梁方向垂直，布置在棚梁的两端，悬吊棚梁的一端，或者采用“U”型卡子加锚索悬吊棚梁的一端，确保棚梁对顶板的支撑作用。

2）由于构造复杂，顶板变化较大，钢梁钢腿棚仍不能有效控制顶板时，在每两架钢梁钢腿棚之间再背一架锚索梁。每两架锚索梁的排距为0.5m，同时，采用注“马丽散”和穿钢针的方法。

3）在通过破碎带的过程中，锚索的长度为10m；割煤时，每够一排钢梁排距时，必须停下架棚；巷道注设“马丽散”和穿钢针后，每次掘进距离控制在1.0m以内。

图2 支护平面图

2.2 顶板极难维护时支护方案

假设因为断层的错动和牵引，破碎带范围扩大、顶板破碎异常严重并且使用方案仍不能有效维护时，则采用半圆拱形断面代替原来的矩形断面（如图3所示），拱高1.33m，直臂高1.51m，巷道宽度缩小到4.2m，巷道全高3m不变，同时用与之相适应的“U29”型棚腿及挂金属网支护顶板。棚距1m，锚杆：每排6根，排间距1 000mm×900mm，锚杆钢垫使用250mm×250mm钢托板；锚索：每2排打3根锚索，间距1.8m，排距2.0m，锚索采用10m钢绞线，使用0.6m的单眼钢梁（沿巷道走向布置）作为锚索托板支护。同时，采用注“马丽散”和穿钢针的方法，以达到最强的支护效果。

图3 断面图（m）

3 结语

使用该掘进方式及支护形式效果良好，不仅大大提高了支护质量，而且还确保8631工作面按正常工作面布置，虽未降低了员工的劳动强度，但减少了因断层落差大、顶板破碎等带来的安全隐患，能够很好地掌握巷道成型，减少了后期材料费用的投入，同时能够保质保量的完成煤矿下达的掘进任务，缓解了矿采掘衔接的紧张局面。

该支护形式及掘进方法可使掘进队通过此类特大断层时广泛应用，不仅提高了支护质量、巷道成型并确保采掘正常接替，还避免了在此类特大断层下掘进过程存在的诸多不安全因素，并为施工此类断层提高宝贵的经验。