掘进巷道过断层施工技术应用

郭鑫煜

（晋能控股煤业集团盛泰煤矿，山西 高平 048400）

1 工程概况

晋能控股煤业集团盛泰煤矿15201运输顺槽位于井田一水平二采区中部，巷道东部为实体煤层，西部20 m为准备面15202回风顺槽； 南面30 m为井田边界，北部为西翼回风大巷、胶带大巷、轨道大巷。

15201运输顺槽布置在15#煤层中掘进。15#煤层平均厚度为3.2 m，为石炭系上统太原组煤层，煤层厚度变化不大，无突变现象，煤层结构简单，局部褶曲现象比较明显，但对整个工作面回采工作影响不大，含夹矸2层，单层厚0.02～0.1 m。巷道940～1 140 m处15#煤层上部有一层夹矸，厚度0.5～1.5 m，夹矸上部有一层14#煤层，厚度0.9～1.0 m；巷道沿15#煤层顶板进行掘进，掘进长度为2 200 m，巷道宽度为4.5 m，高度为3.2 m。

截止目前15201运输顺槽已掘进至760 m处。根据盛泰煤矿钻探发现，巷道接近至774 m处将揭露一条F3正断层，断层落差为1.7 m，平均倾角为55°，断层对巷道影响长度为28 m； 巷道掘进至757 m处时进入断层影响区，巷道成型效果差，顶板破碎严重。

2 过断层分层爆破施工工艺

受F3断层影响断层处煤体出现上移现象，巷道揭露断层后工作面上部煤体平均厚度为1.5 m，下部岩体平均厚度为1.7 m，为砂质泥岩，岩体单轴抗压强度为44 MPa，若直接采用掘进机强行破岩时对掘进机截割部损坏严重，所以掘进采用分层爆破施工工艺。

1）“分层爆破”施工工艺，即对巷道下部断面采用超前光面爆破施工，爆破断面规格宽×高为4.5 m×1.7 m； 对上部断面煤层采用松动爆破施工工艺，爆破断面规格宽×高为4.5 m×1.5 m。

2）首先对下部断面施工光面爆破钻孔，共计28个，其中周边孔20个，孔深为1.5 m，辅助孔4个，孔深为1.5 m，掏槽孔4个，孔深为1.7 m；周边孔及辅助孔单孔装药量为0.6 kg，掏槽孔单孔装药量为0.9 kg，采用1#、3#、5#三段毫秒延期电雷管进行爆破，延期时间为130 ms。

（1）下部断面爆破施工完成后，及时采用隔爆型耙岩机进行煤矸清理，然后在巷道顶板施工一排撞楔超前支护，每排布置10根超前支护体，超前支护垂直工作面煤岩体且布置在设计顶板位置。

（2）巷道顶板撞楔超前支护施工完后，对巷道上部断面煤体施工两排松动爆破孔，每排8个，孔间距为0.75 m，排距为0.5 m，第一排距顶板垂直距离为0.3 m，松动爆破孔深为1.0 m，见图1。

图1 15201运输顺槽“分层爆破”施工炮孔布置

（3）松动爆破孔施工完后，对每个钻孔内填装1支矿用乳化炸药卷以及一支3#毫秒延期电雷管，单孔装药量为0.3 kg；松动孔爆破时从下往上依次爆破，每次允许爆破孔数不得超过3个。

3 过断层围岩支护技术

为了保证巷道过断层期间围岩稳定性，决定对巷道顶板采取“注浆锚杆+桁架锚索+钢棚”联合支护技术。

3.1 注浆锚杆支护

注浆锚杆支护主要对断层影响区裂隙围岩进行注浆锚固支护，降低顶板裂隙扩张破坏作用，提高顶板整体稳定性。

（1）巷道进入F3断层应力区后顶板锚杆参数进行优化。顶板每排布置5根锚杆，其中第一排锚杆中三根为左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆长度为2.5 m，直径为22 mm；两根为注浆锚杆，长度为3.0 m，直径为30 mm，注浆锚杆交错布置，见图2。

图2 15201运输顺槽断层应力区联合支护断面、平面

（2）锚杆排距为1.2 m，第二排锚杆布置一根注浆锚杆，且布置在巷道中部，相邻两排注浆锚杆成“一.二.一”布置方式。

（3）同一排锚杆外露端安装一根长度为4.2 m（5孔），宽度为0.32 m的 “JW”型钢带，钢带与锚杆之间采用钢方垫、螺母进行预紧。

（4）锚杆锚固后将注浆软管插入注浆锚杆中部圆孔内，并采用专用注浆泵进行注浆。注浆液采用聚氨酯粘合剂，注浆压力为1.2 MPa。注浆期间发现顶板煤岩体裂隙有返浆现象时，及时停止注浆。

3.2 桁架锚索支护

桁架锚索支护主要通过调整锚索角度，对锚索施加预应力从而削弱应力对顶板破坏作用。

（1）将原巷道顶板每排三根锚索替换为每排两根，两根锚索长度为6.3 m，直径为21.8 mm，锚索布置间距为2.5 m，两根锚索与顶板夹角为70°，锚索外露长度为0.25 mm，锚索排距为2.4 m。

（2）同一排两根锚索施工完后，分别对两根锚索外露端安装两根长度为1.3 m，直径为15 mm圆钢托架，并采用双向张拉器对两根托架施加横向预应力，预应扭矩为240 N.m。

（3）圆钢托架将横向预应力传递至两根锚索上，在预应力作用下两根锚索产生一个垂直钻孔壁斜向上的作用分力，该作用分力有对垂直向下的应力进行削弱作用。

3.3 矩形钢棚支护

通过安装矩形钢棚，进一步提高顶板稳定性，当顶板出现大变形时钢棚对顶板产生一个被动支撑作用力，防止顶板冒漏、垮落事故发生。

（1）矩形钢棚主要由顶梁、棚腿、固定锚杆、卡缆、地锚、底座等部分组成，顶梁长度为4.2 m，棚腿长度为3.2 m。

（2）当巷道掘进至断层应力区后及时安装矩形钢棚，钢棚安装顺序为：底座→棚腿→顶梁→固定锚杆，钢棚安装后保证钢棚顶梁与两帮垂直。

（3）钢棚安装间距为1.5 m，钢棚安装后在棚腿、顶梁与围岩间隙处填充水泥背板，水泥背板长度为1.6 m，宽度为0.3 m。

4 结语

盛泰煤矿对15201运输顺槽过F3断层期间采取合理有效的掘进工艺及支护技术，通过实际应用取得了显著成效：

1）15201运输顺槽过F3断层期间采用 “分层爆破”施工工艺，解决了机械化掘进一次性成巷时，顶板支护不及时导致顶板破碎、垮落等技术难题，减少了机械设备破岩量，降低了设备故障率。

2）通过对断层应力区顶板采取联合支护技术后，有效控制了应力作用下顶板出现破碎、断裂等现象，提高巷道顶板整体稳定性，通过现场观察发现，采取联合支护措施后，顶板最大下沉量为0.24 m，局部出现破碎现象，但未发生冒漏事故，保证了巷道安全快速掘进。