巷道“丁”字口遇断层快速掘进探讨

张学锋

(潞安环能股份公司 常村煤矿，山西 长治 046102)

1 工程概况

常村煤矿随着开采向下水平延伸，地质条件变得更加恶劣。25采区位于常村矿区西北部，属高瓦斯区域。25采区内3号煤层平均厚度为6.1 m，煤层倾角2～6°，平均倾角4°，煤层属于不易自燃煤层。

根据采掘衔接要求，25采区先施工胶带巷，胶带巷设计长度2 200 m，巷道破底掘进，破底厚度为1.2 m，断面形状为矩形，巷道宽5.04 m，高3.42 m，掘进断面面积为17.24 m2，支护方式为全锚支护(见图1)。根据瞬变电磁勘探结果显示：巷道顶板未发育7号砂岩含水层富水异常区，预计正常涌水量为2 m3/h，最大涌水量为7 m3/h。该工作面为承压开采，巷道掘进范围巷道底板标高为+365.0～465.8 m，承压1.7～2.7 MPa。

队组在施工超前探时发现前方异常，地测部门进行精确钻探后发现存在1条Fj232正断层，该断层走向128°、倾向38°、落差3.9 m、倾角为48°，该断层不导水。

图1 巷道布置平面示意

2 过断层初期施工方案

施工顺序：25采区1号轨皮联巷继续沿煤层底板向前掘进，待巷道底板揭露断层后，以0°坡继续向前掘进，施工2 m后远帮到位。完成支护后，退机至25采区胶带巷返掘段开口位置，以90°角向东拐弯抹角施工25采区胶带巷返掘段，施工5 m后，为减少巷道的破岩量，巷道以-3°栽坡找底板向前掘进，预计施工74 m找到煤层底板(见图2)。

图2 胶带巷过断层剖面(m)

2.1 过断层前巷道加强支护

25采区1号轨皮联巷揭露断层前5 m开始加强支护，排距缩减为800 mm，锚索由每排三根加强为每排四根的布置方式掘进。在此期间东帮预留25采区胶带巷返掘段开口位置以及抹角区域；西帮预留铁塔硐室位置。轨皮联巷全锚支护施工至正头永久支护完成后退机抹角拐掘胶带巷，抹角大小为2.5 m×2.5 m。

2.2 施工铁塔硐室

刚遇到断层时，岩石较软且破碎，f≤3，仍采用掘进机直接截割至巷道成形的方法进行施工。退机至25采区胶带巷返掘段开口位置以及抹角区域，施工1个深1 m、宽1 m、高度与巷道同高的铁塔硐室，从施工过抹角区域后至过完断层后5 m范围内采用锚棚联合方式支护，锚索布置方式为每排3根；待掘进机拐进25采区胶带巷返掘段后停止掘进，在25采区1号轨皮联巷西帮距25采区辅运巷北帮49 m处采用人工成巷的方式施工1个深1 m、宽1 m、高度与巷道同高的铁塔硐室，硐室采用全锚支护。

2.3 安设铁塔

硐室支护完成后，将横梁放入两个铁塔硐室内，再将两座铁塔分别安设于硐室内，25采区1号轨皮联巷东帮铁塔安设在距25采区胶带巷南帮200 mm，距25采区1号轨皮联巷东帮2 m处，25采区1号轨皮联巷西帮铁塔安设在距25采区胶带巷南帮200 mm，距25采区1号轨皮联巷西帮100 mm处。每座铁塔由上下两部分组成(上部与下部采用4条高强螺栓进行固定连接)，铁塔高3.2 m，上部高1.3 m，下部高1.9 m。铁塔安设完成后，将两根长8.7 m的工字钢两端分别固定在两座铁塔上作为横梁，横梁采用高强螺栓与铁塔固定连接。

2.4 架设抬棚

铁塔与横梁安设完成后，开始架设抬棚，从25采区胶带巷返掘段抹角区由东向西补架抬棚至25采区1号轨皮联巷内铁塔处，抬棚棚梁长5.6 m，一端搭接在横梁上，一端采用1根3.6 m的棚腿配合斜撑梁支撑，棚距为500 mm，两帮各安设一道角铁拉杆。顶帮均用刹杆、半圆背紧，顶6帮4(见图3)。交叉点处抬棚架设完成后再向东施工25采区胶带巷。

图3 交叉点处抬棚架设示意(mm)

2.5 抬棚施工工艺

1) 竖铁塔。将横梁两端分别横放于两侧硐室内，然后开始组合安装铁塔，先将铁塔上部与下部采用高强螺栓固定在一起，然后竖起铁塔，在铁塔底部打设地锚进行固定，铁塔要支平放稳。确保两座铁塔顶端处于同一水平，最后将横梁两端采用U型卡分别固定在两座铁搭上端。

2) 浇筑。将铁塔和铁塔硐室使用C20混凝土进行浇筑。

3) 凿柱窝。用尺子或拉杆量好柱窝位置，用风镐或尖棍凿出柱窝，柱窝要凿平到实底并垫鞋板,柱窝深度应不小于50 mm。

4) 竖腿。两人合作，将棚腿竖到鞋板上，并上好角铁拉杆，一人将棚腿扶牢，防止腿倒伤人。工字钢棚间采用角铁拉杆连接，巷帮距棚腿肩章往下300 mm处各安设1道，距棚梁端头及铁塔外边缘500 mm处各安设1道，并保证整齐成线。

5) 上梁合口。利用梯子以及作业平台，一帮一人抬起棚梁，再与扶腿人员配合，把梁腿、棚梁与横梁合口。

6) 棚梁合口后，由验收员指挥，两帮人员摆动棚梁，调好棚子中线，确定岔角、中线、迎山无误时，快速用刹杆、半圆、木楔将顶帮背实，顶帮背实确认无问题后，再架设第二架棚。

3 过断层后期施工方案

施工胶带巷正巷时，工作面岩石增厚至2 m且硬度也增加到f≥7，掘进机截割困难，截齿磨损严重，用时增长；由于截割时间长，机器油温高，设备元件及配件损耗消耗量增大，成本升高；岩石硬度增加，截割过程中产生火花，对安全带来一定影响；因此需及时调整施工方案。

将掘进机直接施工方式改为炮掘配合掘进机出渣方式施工，支护方式不变。根据现场情况，先对上部2 m岩石段进行打眼放炮，出渣时对下部煤体进行直接截割；岩石部分使用7655风钻打眼，炮眼深度1 m，装药量最大不超2卷。炸药为煤矿许用三级乳化炸药，毫秒延期电雷管。放炮后使用掘进机配合出渣。

4 结 语

巷道“丁”字口遇到断层前，要及时联系地测部门提前进行精探，探明断层位置、参数、影响范围等，及时制定过构造施工方案，提前准备架棚材料，根据掘进机型号确定抹角大小铁塔尺寸，按顺序施工一次到位，才能提高掘进效率，快速安全通过断层。