浅谈掘进过断层施工工艺与技术研究

浅谈掘进过断层施工工艺与技术研究

于 兵

(淮北矿业股份有限公司运营管控部，安徽淮北 235099)

摘要：分析断层对巷道掘进的影响、对断层处理的基本原则和要求，提出掘进工作面过断层的技术方法和掘进巷道的支护，最后谈到过断层的支护工艺及技术研究等。

关键词：煤矿掘进；过断层措施；支护技术工艺

引言：煤矿掘进过程中，巷道受地质条件、布置深度、采场压力等因素影响，断层较发育。过断层期间施工进度、支护工艺受到制约，同时给安全生产带来较大影响。因此，研究探讨过断层的技术方法和巷道的安全有效支护很有必要。

1.断层对巷道掘进的影响

1）断层与掘进效率关系。在巷道掘进时遇到断层常会制约生产，为弄清断层的延伸情况，以前常用巷探方法进行，进而增加了巷道工程量和掘进成本，并降低掘进效率。

2）断层与安全生产关系。由断层造成的破碎带，也是地下水和瓦斯的通道及储存的仓库。在巷道接近断层时，就容易造成瓦斯突出，以至影响巷道的正常掘进与人身安全。而断层造成的顶板局部破碎，增加顶板管理难度，易出现顶板事故，影响掘进单进和安全。

2.对断层处理的基本原则和要求

断层非常影响巷道掘进，应引起人们的高度重视。遇到断层时，应根据其前兆，准确定位断层的位置、性质和落差，再制定合理的施工措施。在制定过断层措施时，要遵守处理断层的基本要求：①必须有利于安全生产；②合理布置巷道，尽可能的减少煤炭损失；③尽力降低掘进率，减少无效掘进；④简化生产系统和运输环节，为生产创造有利条件。

3.掘进工作面过断层的技术研究

1）过较大断层及破碎带。①要先导硐后注浆过断层破碎带。在掘进过大断层破碎带（宽度常达30～60m）时，由于破碎带岩石破碎松软，易冒落，用常规方法和支护难以顺利通过。因容易冒顶，可采取注浆加固围岩的方法进行。如巷道为半圆拱形，在掘至断层破碎带边缘时应缩小巷道断面，采用小断面导硐先过断层，巷道改用矿用棚架喷浆支护。②工作面预注浆过断层破碎带。施工至距断层带lOm时停止掘进，先在迎头施工一个混凝土止浆垫，并对迎头lOm范围进行喷浆封闭，再从迎头向正前方和与侧边、顶、底成一定角度方向打注浆孔。孔密度和深度根据断层破碎带的状况确定。注浆完成后再按正常状态掘进。如此经过预注浆加固后再掘进时就能安全顺利通过断层破碎带了。

2）回采巷道煤锚支护巷道掘进过断层。①采煤工作面机巷和风巷按已知直线跟煤层掘进。在煤层厚2.5～3.6m时，可采用锚梁网支护沿煤层顶板掘进；当预测掘进前方所见断层对盘煤层上升，若为逆断层，且落差≯2m时，应采用破煤层底板施工上坡过断层。②突然见断层。在突然断层且对盘煤层上升，巷道必须按底过断层时需根据断层落差的大小确定方法。若断层落差较小，巷道底板到对盘煤层顶板高度不大于2.4m时，可采用加大坡度增加巷道高度直接破底过断层。③掘进面沿煤层顶板直线掘进过断层。预测掘进前方所见断层对盘煤层下降，落差不大时，可采用把断层本盘现有巷道卧底加高，留顶板台阶直接过断层。这时要求断层两侧必须打锚索加强支护，过断层后巷道要够高。

4.巷道支护工艺研究

1）锚带网支护。①锚梁支护通过锚杆和钢梁（或钢带）配合使用，将单根锚杆联接成一整体的承载结构，可提高锚杆支护的整体效果。在锚带网、锚喷类巷道维护中应用较多，按型钢不同分为锚杆钢带和锚杆钢梁的形式。锚杆钢带：因钢带厚度小，抗弯强度小，易贴顶布置，但承受载荷能力小，适用压力较小的巷道维护；锚杆U型钢：U型钢抗弯刚度大，能承受较大载荷，控顶效果好，适用复合顶板或采动影响较大的巷道。②锚杆支护有支护主动、对原有支护补强等优点，所以在水平巷道维护中全面应用。该类支护在压力显现初期使用，不然因围岩受压会造成眼孔坍塌操作困难。③锚杆注浆采用外锚内注式锚杆，向围岩内注入可凝材料，可达到加固围岩、提高强度。在单一支护达不到维护效果时，可采用注浆法，与原支护形成联合支护效果好。④锚网喷浆支护锚杆的主动支护配合混凝土封闭围岩表面、金属网起支撑联结作用，使锚网喷总体和围岩共同形成一个支承圈，支承围岩应力，能保持围岩稳定。维护、扩修锚喷类巷道中应用较好。⑤锚杆、架棚联合支护在锚杆类支护巷道内，在支护不能有效控制围岩变形时，再使用钢棚配合锚杆维护巷道，并将锚杆、架棚支护特点结合一起，维护效果较好。⑥架棚类巷道维护架棚具有结构简单、安装拆卸方便等优点被广泛应用。钢筋砼棚因重量大，抗压差而停用。木棚规格易于控制，因易腐、易燃和环保等因素影响，使用范围小了。

2）锚带网索喷联合补强支护。利用锚喷、锚索联合支护技术，将原锚喷锚网与围岩连成一个整体，变被动支护为主动支护，充分调动围岩的自原承载能力。锚索支护参数的确定：长度按下式确定：L=L₁+L₂+L₃，式中：L为锚索长度；L₁为锚索外露长度；L₂为锚索有效长度，L₂=KH，K为安全系数；H为软弱岩层厚度；L

₃为锚索锚固段长度。锚索间排距的确定：①按每根锚索悬吊岩石的重量要小于或等于锚索设计锚固力Q计算：Q=Kha2r，式中：Q为锚索锚固力；a为锚索间排距；r为软弱岩层的平均重度；K为安全系数；H为软弱岩层厚度。②按锚杆失效时，锚索所承担岩层时岩层质量计算：B=Q/(B、H、r、K)，式中：B为锚索间排距；Q为锚索极限破断力；B为巷断宽度；H为稳定岩层下各个岩层的厚度；r为稳定岩层下各个岩层的平均差重；K为安全系数。③根据经验公式计算：锚索间距与锚孔深间的关系需满足L/S≥2经验公式要求。式中：S锚索间距；L为孔深。锚索施工工艺：喷射30～50mm厚混凝土→钻孔→锚索制作与安装→预应力张拉→封锚。

5.过断层支护技术与实施

1）支护形式与方案确定。过断层时的迎头要解决好支护问题。煤层厚度在3m左右时，一般都采用锚网支护，锚梁网支护巷道增加高度，多打两根锚杆，不会影响到巷道的使用。遇到地堑、地垒等构造，两断层间距在15m以内时，断层两侧除了打锚索加强支护外，还必须打托棚加强支护，以防断层间岩体滑落。

2）精准地质调查与分析。认真研究地质资料，制定具体的施工方法与安全保护措施。减少围岩暴露时间，力争一次成巷。①正确选择与使用支护方式。要充分考虑到顶板的岩石性质和支架的承载能力。用锚杆支护加固顶板，使之成一组合梁，增强其强度，保持其完整性，再用支架支撑顶板。②严格按施工方法进行巷道支护。用棚架支撑巷道时必需要用拉杆或撑木，使棚架成为整体，以免造成冒顶；遇到断层面时要缩短棚距。③合理选择爆破参数，控制装药量，掏槽眼尽可能靠近底板，加大支护密度，减少对围岩和项板的震动与破坏，保持围岩的稳定性和顶板的完整性。

3）强化顶板管理。施工时必须仔细检查顶板和帮部围岩状况，确认安全后方可工作。打帮锚杆要注重质量。①坚持“有疑必探，先探后掘，有水必注”的原则组织生产。②严禁空顶作业，掘进后应及时进行锚网支护。③采用超前锚杆对项、帮进行超前支护，保证支护质量。④严格执行瓦斯检查和监测制度，发现异常及时处理。⑤密切关注巷道淋水情况，发现问题及时采取措施处理。⑥锚杆要拧紧，保证托盘紧贴巷壁。还要对安装锚杆、锚索检查，不合格的要重新补打。

结束语：掘进过断层时要预先有充分的思想认识与准备，掌握断层的详细情况，再制定有效措施应对。可通过综合支护措施，加强断层带的巷道支护，确保巷道的支护安全，同时还要防止所带来的地质灾害。

参考文献：

[1]陈松.煤矿掘进工作面过断层安全施工研究[J].中外企业家，2014(02).

[2]王银庆.煤矿掘进工作面过断层技术探析[J].科技与企业，2011(12).

[3]王平.掘进巷道过断层综合技术措施研究[J].机电信息，2011(11).

[4]曹家华.浅谈掘进巷道过断层加固技术[J].煤，2011，3:38-39.

[5]刘栋.煤矿掘进迎头过断层技术探讨[J].科技资讯，2010，8：53.

4