掘进巷道过断层构造地区施工技术研究

王 泽

（山西宏厦第一建设有限责任公司，山西 阳泉 045008）

我国煤炭资源分布广泛，各类地质条件的煤层均有赋存，大多数矿井在开采过程中，经常会遇到断层、陷落柱等地质构造。在这些地质构造分布地区煤体往往比较破碎，工作面回采巷道掘进中经常会出现冒顶等现象，对巷道的掘进效率产生较大影响[1-3]。为提高巷道掘进效率，改善巷道围岩的稳定性，有必要对巷道掘进过断层施工技术与顶板控制措施进行研究[4-6]。本文以山西温庄煤矿21505工作面巷道地质条件为基础，对巷道掘进过断层施工技术与顶板控制措施进行了研究，研究结果对相同条件巷道具有一定的参考意义。

1 工程概况

山西温庄煤矿21505工作面为东盘区综放工作面，工作面主采煤层为5#煤，煤层的厚度平均达到12m，倾角平均为2°，煤层赋存较为复杂，含有多层夹矸。工作面回风巷设计长度为1480m，巷道断面为矩形，宽×高=5.2m×3.5m，沿煤层底板进行掘进。21505回风巷地质条件较为复杂，根据地质资料，在巷道掘进范围内揭露有3条断层构造，如表1所示。回风巷掘进过F1与F2断层时，局部会遇到煌斑岩顶板，由于煌斑岩强度较大，巷道掘进较为困难，并且经常遇到设备损坏现象，导致巷道掘进成本增加，巷道掘进效率低。

表1 断层分布情况

2 掘进过断层工艺设计

为了提高巷道过断层掘进效率，减少设备损坏等情况的出现，提出采用松动爆破的工艺方法来通过断层。以F3断层条件为基础，具体工艺设计如下：

（1）根据F3断层条件，巷道掘进过断层需要采用下山掘进的方法。为了防止掘进中设备的下滑，提高巷道掘进矸石的运输效率，21505回风巷下山掘进时的角度调整为5°，当掘进头与F3断层的上盘岩层距离约为15m时停止掘进，如图1所示。

（2）由于巷道掘进即将揭露断层，此时在掘进头布置松动爆破孔，炮孔共布置3排，每排布置4个炮孔，炮孔的间排距为1.2m×1.0m。其中靠近顶板的炮孔与顶板距离为0.7m，靠近底板的炮孔与底板距离为0.8m，靠近巷帮炮孔与帮壁距离为0.8m。所有炮孔深度为1.0m，炮孔直径设计为42mm，与水平夹角为5°向上倾斜布置。炮孔布置如图2所示。

（3）掘进端头的松动爆破孔施工完毕后，对所有钻孔进行装药。炸药选用乳化炸药，每个炮孔装设一支炸药，装药量为300g，雷管选用毫秒延期电雷管。雷管与炸药装设完毕后进行封孔，封孔长度设计为0.5m。每次进行爆破的钻孔不能多于5个。

（4）在爆破后，对断面进行修整，直到断面符合设计断面大小，及时对巷道围岩进行支护，支护完毕后按照上述过程依次循环施工。

（5）当巷道掘进通过断层断面后，巷道掘进角度调整到原掘进角度，与煤层底板平行掘进。

图1 巷道过断层示意图

图2 爆破钻孔布置图

3 过断层顶板控制措施

由于巷道掘进过断层采用下山掘进的方法，因此掘进过程中会出现一段留顶煤的区域，所留顶煤的最大厚度约为1.4m。由于顶煤较为破碎，并且稳定性差，为了保证巷道掘进过断层的高效性与安全性，提出采用注浆+交错密集钢带+架棚联合支护措施来控制顶板。

3.1 注浆支护

巷道掘进至与断层距离约为10m时，在顶板施工一排注浆钻孔，钻孔的深度为3m，钻孔的间距为2m，与顶板的夹角为45°，向上倾斜打孔。为提高顶煤的整体强度，注浆材料选择为马林散，马林散与催化剂比例设计为1:1，采用高压注浆泵进行注浆，注浆时泵的压力不得小于1.5MPa。注浆过程中若顶煤有浆液渗出的情况应停止注浆，此时表明浆液已充分与煤体接触。当第一排注浆孔注浆完毕后对巷道进行掘进，掘进2.5m后继续施工第二排注浆钻孔并按照上述流程循环下去，直到巷道掘进头揭露断层的上盘岩层。

3.2 密集钢带支护

由于顶煤的破碎程度较高，巷道掘进中极易出现大面积冒落现象，因此提出采用交错密集的JW钢带对顶煤进行支护。

图3 钢带支护示意图

21505回风巷顶板JW型钢带采用横纵交错的布置方式。其中，横向布置的钢带长度为3.8m，宽度为0.28m，每根钢带上配套5根锚杆，锚杆采用长为3m、直径为22mm的螺纹钢锚杆，锚杆的间距设计为0.9m，每根钢带的间距设计为1m。在横向钢带布置完成后开始施工纵向钢带，纵向钢带采用交错布置方式，钢带长度为2.5m，宽度为0.28m，每根钢带上需焊制3个孔，孔分别与横向钢带上的锚杆相接，纵向钢带与横向钢带垂直布置，如图3所示。

3.3 架棚支护

为进一步提高顶煤的完整性，除上述措施外，加入工字钢棚对巷道顶板进行支护。钢棚型号采用11#工字钢，断面大小宽×高=4.6m×3.5m，钢棚之间的距离设计为1.0m，在钢棚之间需加设连接杆，保证所有钢棚的稳定性。钢棚架设完毕后，在钢棚与巷道表面之间的空隙中加入水泥背板，背板长度为1.2m，宽度为0.3m。

3.4 效果分析

在采取上述的过断层技术措施后，21505回风巷掘进效率有了明显的提升。由于采用松动爆破掘进的方法，巷道掘进切割岩石量有了显著的降低，可避免掘进设备的损耗。本次通过F3断层用时3d，巷道的掘进速度为5.8m/d，掘进速度有了明显的提升，并且巷道在掘进过程中未出现冒顶的现象，顶煤完整性较好，表明该顶板控制措施起到了较好的加固效果。

4 结论

以山西温庄煤矿21505工作面回风巷地质条件为基础，对掘进巷道过断层技术与顶板控制措施进行了研究，提出采用松动爆破的方法通过断层的技术方案，并提出采用注浆+交错密集钢带+架棚联合支护措施来控制顶板。根据现场实践结果，巷道过断层掘进效率有了明显的提升，并且过断层期间无冒顶等情况出现，该方案具有较好的应用效果。