掘进工作面安全过断层破碎带技术措施研究

张孝明

（大同煤矿集团云冈矿，山西 大同 037000）

1 概况

大同煤矿集团云冈矿311轨道巷位于12#层311盘区，12#煤层平均煤厚1.52m，煤层中含有一层0.3～0.5m厚的夹石，煤层平均倾角2.5°。311轨道巷设计长度为460m，主要担负着311盘区辅助运输任务，巷道断面规格为宽×高=4.5×3.0m，311轨道巷采用综合机械化工艺，沿12#煤层顶板掘进，巷道坡度随12#煤层顶板变化而变化。311轨道巷直接顶主要以泥岩、细粉砂岩混合夹杂为主，岩石平均厚度为4.8m，岩石硬度系数小且易破碎；基本顶主要以粗砂岩为主，平均厚度为7.9m；基本底主要以炭质泥岩为主，平均厚度为4.2m。

根据云冈矿地测科提供资料显示，311轨道巷掘进至270m处将揭露一条F17正断层，断层落差为2.4m，倾角为65°。初步支护设计采用锚杆、锚索、钢带、金属网进行联合支护，在过F17断层前，探讨了过断层破碎带期间采用初步设计支护可能无法满足相关需要，提出了合理有效的支护措施及安全管理措施，力求保证施工巷道安全顺利过断层破碎带。

图1 12#层311轨道巷过断层破碎带走向剖面图

2 施工技术措施分析

2.1 优化掘进施工工艺

由于F17断层落差为2.4m，工作面煤层出现下移，若采用强行破顶煤过断层时不仅施工困难、破岩量大、煤柱回收效率低，而且受构造应力影响，在过断层带期间顶板很容易出现垮落，发生重大事故。为此，决定采用松动爆破俯斜过断层破碎带施工工艺。施工方法如下：

（1）以地测科提供断层位置资料为依据，311轨道巷在掘进至距断层带50m处时开始探巷，探巷30m掘进20m，当巷道掘进至280m处时采用松动爆破施工工艺。

（2）当巷道掘进至282m处且明确断层位置时，巷道以8°俯角留顶煤破底岩下山掘进，在掘进过程中严禁空顶作业，顶板及时补打永久支护。

（3）当巷道下山掘进18m后巷道顶板将进入F17断层上盘岩石层，底板揭露4#煤层，此时及时调整工作面掘进角度，沿巷道顶底板平行掘进，如图1所示。

2.2 优化支护工艺

311轨道巷在282m处开始以8°俯角下山掘进，在下山掘进段施工巷道顶板将预留三角煤柱，三角煤柱厚度为0～2.4m，而311轨道巷掘进煤层为石炭系煤层，煤层不稳定，在构造应力、采动压力、爆破震动的作用下三角煤柱很难预留，一旦三角煤柱出现大面积垮落，顶板出现高达2.4m高冒区，不仅加大了支护难度，而且很容易造成瓦斯积聚，所以在进行下山掘进时必须采取有效措施加强三角煤柱稳定性。

（1）311轨道巷下山掘进时，采用永久支护与密集撞楔超前支护联合对三角煤柱进行维护，撞楔支护由长度3.5m、Φ30mm钢针组成。

（2）当巷道掘进至282m处时进行定线，确定施工巷道下山掘进时顶板位置，顶板位置确定后在顶板处施工一排密集钻孔，钻孔布置角度为8°，钻孔采用Y-28型钻机进行施工，钻孔长度为3.7m，Φ42mm。每排布置10个钻孔，钻孔间距为0.4m。

（3）钻孔施工完后在钻孔内依次填装锚固剂、钢针，并采用手持钻机对钢针进行加压锚杆，锚固时间不得低于60s，钢针施工完后确保钢针与设计顶板平行。

（4）钢针施工完2h后方可爆破掘进，在下山掘进时每茬进度不得超过1.0m，爆破掘进后及时对顶板施工永久支护。顶板永久支护采用锚杆配套钢带、锚索联合支护。顶板每排布置5根锚杆，锚杆施工在撞楔超前支护间隙处，采用长度为4.0m钢带将其与顶板进行锚固。顶板锚索采用长度为8.3m预应力钢绞线，每排施工三根锚索，锚索间距为1.8m，排距为2.0m，每根锚索下方配套一根长度为0.8m工字钢梁。

（5）当巷道下山掘进2.0m后及时补打第二排撞楔支护，第二排撞楔支护与第一排施工工艺相同且交错布置，交错重叠长度为1.5m，依次类推直至311轨道巷下山掘进完成。

2.3 安全管理措施

（1）311轨道巷在过断层期间每班在开工前必须对巷道进行探巷，探巷深度不得低于30m，在探巷过程中随时观察钻孔内出水情况、气体涌出情况，并及时对探巷结果进行记录。

（2）311轨道巷在下山掘进时应控制好下山坡度，在下山掘进时每班应有一名专业技术人员现场给线指导施工，防止因坡度过大或过小造成过断后找煤困难。

（3）在下山掘进期间，巷道顶板施工撞楔超前支护钻孔时，应确保钻孔布置角度与下山角度一致，钻孔施工后及时采用风管对钻孔内岩尘进行清理，防止岩尘堵塞钻孔造成树脂锚固不牢固。

（4）在对撞楔超前支护进行锚固时，锚固时间必须符合设计要求（不得低于60s），锚固2h后必须及时对每一根超前支护进行拉拔力实验，锚固失效的超前支护必须重新补打。

（5）采用松动爆破下山掘进时，炮孔深度不得低于0.6m，控制深度在1.0m为宜，每孔装药量不得超过300g，且在爆破施工时每次爆破炮眼数量不得超过3个。

（6）在松动爆破施工期间随时观察顶板变化动态，顶板出现离层、局部冒顶时必须及时采取合理有效的支护措施，同时爆破后必须及时对顶板施工永久支护，空顶距不得超过0.8m，严禁超空顶作业。

（7）当311轨道巷下山掘进到位后，应及时观察顶板煤岩层情况，若顶板为煤层或岩层时必须施工钻孔进行找煤，确保巷道过断后继续沿12#煤层顶板平行掘进。

3 结语

在311轨道巷过断层期间，采取了合理有效的施工工艺、支护工艺以及安全管理措施，有效解决了巷道过断层时顶板破碎支护困难、顶板难以预留等技术难题，提高了施工巷道掘进效率，保证了巷道过断层期间顶板稳定性，确保了煤矿安全生产，取得了显著的效益。