松动爆破在综掘煤巷快速过断层的应用

王义平

（山西焦煤霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿，山西 吕梁 033102）

断层是巷道掘进过程中常见的地质构造，断层侵入造成煤岩体空间上错位、不连续，不仅降低了采掘作业效率，增加了过断层期间的破岩量，而且受断层应力影响，断层附近岩体破碎，易出现顶板垮落、煤壁片帮等。所以过断层时根据断层特征采取合适的过断层施工工艺以及支护工艺对巷道安全、高效掘进具有显著的作用。本文以店坪煤矿2062巷掘进过F4断层为例，对快速过断层施工工艺以及围岩控制进行探讨[1-5]。

1 概述

山西焦煤霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿2062巷布置在井田二采区东部，巷道从830 m水平大巷开口，东西走向布置，巷道北侧为204采空区，西部为南翼回风巷，南部为实煤区，东部为井田边界。2062巷设计长度1724 m，巷道为矩形断面，宽度为4.2 m，高度为3.1 m，巷道掘进煤层为9#煤层。9#煤层位于太原组中部，煤层平均厚度为3.1 m，平均倾角为3°，煤层顶底板岩性见表1。

表1 9#煤层顶底板岩性表

2062巷地质资料显示，2062巷掘进区域地质构造单一，主要以中小型断层为主。其中，位于巷道940 m处的F4正断层落差最大，为2.0 m，倾角为52°，对巷道掘进施工影响较大，其他断层平均落差在0.8 m以下，对巷道掘进影响较小。

2062巷掘进至910 m处时，对巷道迎头施工三个钻孔（1#、2#、3#），钻孔施工在距底板1.8 m处，钻孔深度为100 m。其中，1#钻孔仰角为3°，2#钻孔仰角为0°，3#钻孔俯角为3°。通过钻探结果发现，位于920 m处存在F4断层，且掘进侧为断层下盘，断层上盘处煤体下移，断层对巷道掘进影响长度为42 m。

2 巷道过断层施工工艺

2062巷采用EBZ260型掘进机截割，若按原巷道设计坡度掘进，巷道破岩量大，掘进机截割头磨损严重，综合分析后决定采用俯斜爆破法过断层。

（1）由于F4断层侵入后造成上盘煤体下移，如图1， 2062巷在揭露断层前以设计坡度下山掘进，下山掘进过程中留下盘顶煤、破底岩。由于留顶煤时煤体稳定性差、易垮落，留顶煤期间应对顶煤采取合理的加强支护措施。

图1 2062巷俯斜掘进剖面示意图（mm）

（2）2062巷掘进至915 m处（距F4断层为25 m），巷道以5°下山角进行掘进。下山掘进时需破下盘底板中粒砂岩，由于该岩体单轴抗压强度为45 MPa，硬度高，采用掘进机破岩难度大、设备损坏严重，对岩体区域采用松动爆破法施工。

（3）巷道在下山掘进时需预留顶煤，由于顶煤稳定性差，在前6 m下山掘进时顶煤最大厚度为0.7 m，顶煤很难预留，易出现垮落事故，所以在该区域掘进时，采用留台阶法掘进，即巷道顶板沿煤层顶板进行掘进，巷道底板按5°俯角下山掘进。

（4）当巷道掘进6.0 m后，在工作面迎头顶板往下0.7 m处留台阶并对留台阶处顶板采取特殊控制维护，台阶预留后工作面顶底板以5°俯角继续下山掘进。

（5）随着逐渐揭露断层上盘煤体，破岩厚度逐渐加大，在破岩厚度小于1.0 m时采用掘进机破岩，当破岩厚度大于1.0 m时采用松动爆破施工工艺，每排施工5个爆破钻孔，钻孔深度为1.0 m，钻孔间距为1.0 m，排距为1.5 m，每个钻孔内填装一支长度为0.35 m、直径为30 mm的矿用抗水乳化炸药。

（6）爆破完成后，采用掘进机清理煤矸。当巷道下山掘进25 m后，且完全揭露断层上盘煤体顶底板时，调整巷道掘进坡度，并停止爆破施工，巷道沿断层上盘煤体顶底板平行掘进。

3 过断层带顶板支护技术

3.1 留台阶处顶板加强支护

（1）因顶板在留台阶时台阶厚度小、台阶煤体稳定性差，台阶预留难度大，决定对台阶5.0 m范围内顶板采取“注浆、超前管棚支护、铺设钢筋网以及施工组合锚索”进行加强支护。

（2）留台阶前，先对留台阶设计顶板位置施工一排密集超前管棚支护。管棚支护体长3.5 m，直径为30 mm，超前管棚支护体布置间距为0.3 m，共计施工两排，支护体以5°俯角布置。

（3）超前管棚支护施工完后，掘进机单茬掘进深度控制在1.0 m以内，掘进后及时对顶板铺设特制钢筋网，每片钢筋长度为4.2 m、宽度为1.2 m，钢筋网采用直径为5 mm圆钢交错编制而成，钢筋网搭接处采用14#铅丝环环连接。

（4）钢筋网铺设完后，在其5.0 m范围内顶板施工三排组合锚索，每组组合锚索主要由一块长度及宽度为0.5 m钢托板以及四根长度为8.3 m、一根长度为10.3 m锚索组成。每排施工三组组合锚索，布置间距×排距=1.6 m×2.0 m，第一组组合锚索施工在距台阶边缘1.0 m处，如图2。

图2 过F4断层期间巷道顶板支护平面示意图

3.2 留台阶5.0 m后顶板支护

巷道下山掘进5.0 m后，顶板停止施工超前管棚支护，并将钢筋网替换为传统的金属网，顶板采用“注浆+迈步式组合锚索+梯形钢棚”联合支护。

（1）注浆钻孔施工在距顶板0.5 m处迎头煤体上，每排布置3个注浆钻孔，钻孔深度为3.0 m，布置间距为1.8 m，钻孔以45°仰角布置。钻孔施工后，对煤体内采用马丽散注浆加固。

（2）注浆完成后，巷道掘进时在顶板原永久支护的前提下顶板组合锚索采用“一.二.一”布置方式，组合锚索布置间排距为2.0 m。

（3）顶板组合锚索施工完后在下山巷道架设密集梯形钢棚，钢棚主要由顶梁、棚腿、连接拉杆以及卡缆等部分组成。梯形钢棚架设时棚腿迎山角设置为80°，钢棚架设间距为1.0 m。钢棚架设完成后在相邻两架钢棚之间采用三组拉杆进行连接。

4 结语

（1）目前，2062巷已掘进至990 m处，通过现场观察发现F4断层对巷道实际影响长度为44 m，与钻探结果基本相符。

（2）采取俯斜爆破施工工艺后，避免了掘进机直接破底岩时截割电机、截齿等配件损坏，俯斜掘进期间更换6个截齿，未出现截割电机、减速机烧毁现象。

（3）采取联合支护措施后，通过15 d现场观察发现，巷道在过断层期间顶板未出现破碎、垮落。在过断层后8 d范围内构造应力在释放过程中对断盘两侧岩体产生蠕动破坏作用，顶板下沉量0.11 m；在8～15 d范围内，顶板蠕动变形现象逐渐减弱。