巷道掘進(jìn)過小斷方法及措施

溫思南

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司 同家梁煤礦地質(zhì)科，山西 大同 037025）

0 引言

隨著勘探技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦建設(shè)初期，影響其生產(chǎn)建設(shè)的構(gòu)造，尤其是大中型構(gòu)造，均已基本查明，并且在煤礦的設(shè)計(jì)建設(shè)中其基本作為井田或盤區(qū)邊界。然而，由于小型斷層的規(guī)模小，隱蔽性強(qiáng)等特征導(dǎo)致了其并不易被探測發(fā)現(xiàn)。這也是往往只有在采掘過程中其才能被發(fā)現(xiàn)的原因。由于構(gòu)造類型、煤層地質(zhì)條件不同,采掘過程中過構(gòu)造的方法也要相應(yīng)地發(fā)生變化。因此研究小斷層以及掘進(jìn)過程對其處理方式,對煤礦生產(chǎn)安全具有重要意義。

1 同家梁礦斷層識別的主要手段

1.1 掘進(jìn)過程中煤層及圍巖識別方法

1.1.1 標(biāo)志層法

標(biāo)志層就是在地質(zhì)作用過程中所形成的一種層理,它必須具有一定的連續(xù)性和穩(wěn)定性，并且具有特殊性，易于辨別。標(biāo)志層視其在一定立體空間內(nèi)，是否具有良好的連續(xù)性及穩(wěn)定性，其可以是煤層本身、夾矸或圍巖等。要確定一個標(biāo)志層，我們需要做大量準(zhǔn)確的對比。在某一個井田內(nèi)，可能有一層或多層的標(biāo)志層來確定煤組及地質(zhì)界線等。例如同家梁礦12#層就具有一層標(biāo)志層，其位于12-1#層內(nèi)部，為一層平均厚度為4cm的夾矸，其為泥巖，內(nèi)含F(xiàn)eS2結(jié)晶。知道這些，我們就能夠很輕松的判斷12#層的層位了。

1.1.2 巖性判斷法

這種方法具有一定的普遍應(yīng)用性。即利用鉆孔資料，通過整理相應(yīng)煤層頂?shù)装寮捌溧徑鼛r層巖性及層序，從而在實(shí)際掘進(jìn)過程中來判斷由于斷層所致的失蹤煤層所在位置。

1.1.3 綜合判斷法

1）化石判定法:巖層中若含有菊石類等海相動物的化石的一般為頂板；含有根莖等植物化石的一般為底板；

2）肉眼判定法:通過頂?shù)装鍘r性、化石、層理結(jié)構(gòu)、鮞狀結(jié)構(gòu)、結(jié)核、礦脈等特征及標(biāo)志層特征可以確定距煤層的距離；

3）化學(xué)分析法:根據(jù)頂?shù)装寤瘜W(xué)性質(zhì)的不同來判斷。

1.2 礦井物探方法（高密度電阻率法）

高密度電阻率法主要是依靠電阻率差異來判斷井下周圍的地質(zhì)構(gòu)造及電阻率異常區(qū)如采空區(qū)、老空水等。該方法在采集數(shù)據(jù)的過程中，需要結(jié)合電阻率測深和電阻率剖面兩種方法，因此由于數(shù)據(jù)采集量大以及數(shù)據(jù)觀測精度高，在測量電阻率異常區(qū)域是能夠取得較好的效果。

1.3 井下鉆探方法

井下鉆探方法是利用井下鉆探設(shè)備向需探明區(qū)域打鉆勘探，從而能夠良好地揭露勘探區(qū)域地層巖性、地下水、構(gòu)造等資料，在井下煤礦最長用到的就是利用其做超前探測，了解工作面前方構(gòu)造、水或是遇斷層、褶皺等構(gòu)造后尋找缺失煤層的一種最有效的地質(zhì)超前預(yù)報方法。井下鉆探可以向多方向鉆孔，彌補(bǔ)了地面垂直鉆探的局限性。

2 煤巷掘進(jìn)小型斷層的判別

在掘進(jìn)過程中，巷道前方的隱伏斷層通常都會造成對盤的地層錯動，若斷層的落差較大時，則對盤的煤層不易查找。因此，對于確定斷層性質(zhì)，及尋找斷失翼煤層就成了決定巷道的掘進(jìn)方向之關(guān)鍵。在實(shí)際煤礦工作中，通常采取的方法有以下幾種。

2.1 煤巖層層位對比法

通過對煤巖層的對比研究，由其是對標(biāo)志層、煤層及其圍巖的研究，以便確定斷層性質(zhì)，來尋找斷失翼煤層。例如同家梁礦12#層309盤區(qū)8901工作面沿12#層煤層頂板掘進(jìn),遇斷后對盤巖性為灰色粉砂巖含少量水平層理,與其相隔70m的44337鉆孔進(jìn)行巖性對比后,我們確定了該巖層為厚度4.75m的12#煤層的直接頂，而非直接底的深灰色粉砂巖，因此工作面應(yīng)該向前下方打鉆探煤，以此確定掘進(jìn)方向。

同家梁煤礦為多煤層開采的生產(chǎn)礦井,由于斷層影響可能會把不同的煤層連接在一起,沿煤巷掘進(jìn)易發(fā)生串層,而且不易誤識別斷層的存在。這時,可以根據(jù)煤層的結(jié)構(gòu)、厚度及煤巖類型等標(biāo)志來判斷斷層的位置、性質(zhì)和落差。12#層309盤區(qū)8901工作面沿頂板掘進(jìn),施工約至940m處，遇一約斷距為3-5m的正斷層，見煤厚約為1.5m。該工作面所在的12#煤層的據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)我們可以得知正常厚度應(yīng)為4.75m，半暗型,夾0.4m左右的Fe2S結(jié)核層，而14-2#煤層的厚度卻應(yīng)為1.58 m,暗淡型。據(jù)此，我們通過鉆孔數(shù)據(jù)我們知曉了每個煤層的煤巖類型特點(diǎn)，可推斷出斷層的位置及斷層性質(zhì)。

2.2 斷層面特征法

斷層形成時，通常會在斷層面及兩側(cè)形成斷層角礫巖、擦痕、階步、平行小斷層、牽引褶曲等，這些都是可以作為斷層性質(zhì)及斷失翼煤層的判斷依據(jù)。

2.2.1 平行小斷層

一般情況下，大斷層的形成，常常會伴有一組或幾組小斷層同時出現(xiàn)，且斷層性質(zhì)與較大斷層往往形同。據(jù)此我們可以對新揭露的大斷層做出預(yù)判。例如同家梁礦12#層309盤區(qū)的5901巷道在掘進(jìn)過程中初期揭露的都是一些較小的平行斷層且斷層性質(zhì)相近，再加強(qiáng)支護(hù)繼續(xù)掘進(jìn)的過程中，且距離平行小斷層較近的地方我們揭露了一個較大的斷層。

2.2.2 牽引褶曲

在斷層面附近的煤巖層由于受到牽引力的作用很容易形成像牽引褶曲這樣的構(gòu)造。該褶曲的彎曲端通常指向本盤的運(yùn)動方向。且形成時常常需要兩盤較大的擠壓力才能形成沿斷層面方向的牽引力，因此牽引褶曲在逆斷層中出現(xiàn)較多。但在工作面掘進(jìn)的過程中，煤層遇斷前產(chǎn)狀產(chǎn)生急劇變化，傾角變大，形成下坡。人們通常會認(rèn)為這是牽引褶曲，且為逆斷層。但是在有些情況下，我們通過對對盤打鉆推斷得知，為正斷層，這中構(gòu)造稱之為逆牽引構(gòu)造，是由于后期的構(gòu)造改造形成。

2.2.3 斷層面（帶）特征

在正斷層形成時通常會形成斷層破碎帶內(nèi)含斷層角礫巖及斷層泥，在斷層面上也同時會形成擦痕及階步。據(jù)此我們也可以判斷出兩盤的相對運(yùn)動方向。同家梁礦12#層309盤區(qū)的2901巷道掘進(jìn)過程中遇斷層,我們通過摸索斷層破碎帶內(nèi)的條帶狀煤線,尋找到斷失翼煤層。

3 巷道掘進(jìn)過斷方法及措施

3.1 掘進(jìn)工作面過斷方法

同家梁礦當(dāng)掘進(jìn)工作面遇斷時，為不影響日后巷道的正常使用并且要盡量做到少掘巖巷和少丟煤，通常根據(jù)對盤是上升還是下降采取挑頂、臥底或是兩者相結(jié)合的方式通過斷層。特別是當(dāng)掘進(jìn)工作面從正斷層上盤往下盤前進(jìn)時或是從逆斷層下盤向上盤前進(jìn)時，為防止頂板冒落，要加強(qiáng)頂板支護(hù)。

3.2 掘進(jìn)工作面圈定設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工方法

在掘進(jìn)過程中，如若遇較大傾向斷層且斷距大于所在層煤厚或未來采高時，需進(jìn)行重新圈面，將原有設(shè)計(jì)的工作面有斷層一分為二，在斷層對面另開切眼。

如果是斷距大于所在層煤厚或未來采高的走向斷層，工作面應(yīng)以沿斷層掘進(jìn)的一條中巷作為界限，一分為二，分為兩個子工作面。

對于斷距大于所在層煤厚或未來采高的斜交斷層，我們通常采取的方法與傾向斷層類似，但是留有的斷層保護(hù)煤柱范圍會比較大，由于斷層與工作面是斜交，故其兩次留有三交煤，后期進(jìn)行炮采，可提高回采率。

3.3 掘進(jìn)工作面過斷層的措施

現(xiàn)已同家梁礦北5905巷道過斷為例，說明掘進(jìn)巷道過斷的措施如下:

掘進(jìn)對組在掘進(jìn)北5905巷時，掘進(jìn)至118-9#測點(diǎn)點(diǎn)前47m，工作面出現(xiàn)一條正斷層，落差15cm，走向與掘進(jìn)方向大角度相交；工作面有30cm厚的灰褐色粘土質(zhì)砂巖偽頂，巖石偏軟，上部發(fā)育有15cm厚煤線。經(jīng)現(xiàn)場觀測決定采用挑頂?shù)姆绞竭^斷，挑頂后巷道高度不得超過3.2m。過斷期間必須鋪設(shè)菱形金屬網(wǎng)，其他支護(hù)形式不變。施工工藝如下:

1)嚴(yán)格執(zhí)行每掘進(jìn)1米，施工一組永久支護(hù)，嚴(yán)禁空頂及超空頂作業(yè)。

2)頂板破碎處必須鋪設(shè)整體金屬網(wǎng)。金屬網(wǎng)要鋪平、鋪展，緊貼頂幫，搭接長度為10cm，必須使用專用聯(lián)網(wǎng)絲，孔孔相聯(lián)，雙絲雙扣，綁扎牢固，綁死扭結(jié)不少于3圈。頂網(wǎng)與幫網(wǎng)搭接在距頂板40cm處，嚴(yán)格按照聯(lián)網(wǎng)工藝搭接，并用護(hù)幫板壓緊。

3)巷道支護(hù)必須嚴(yán)格按質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行施工。每根錨索的預(yù)緊力不得小于10T，每根錨桿的預(yù)緊力不得小于7T。否則，必須重新補(bǔ)支護(hù)。

在繼續(xù)掘進(jìn)至118-10#測點(diǎn)點(diǎn)前48m處，由于受斷層構(gòu)造影響，頂板破碎。經(jīng)現(xiàn)場觀測，斷層與掘進(jìn)方向大角度相交，落差0.5m，斷層上盤最下層為泥質(zhì)粉砂巖偽頂，力學(xué)性質(zhì)極差，結(jié)構(gòu)破碎，軟弱層厚度超過1m。如圖1所示。實(shí)際施工過程中，為保證支護(hù)質(zhì)量以及后期施工安全，決定從118-10#測點(diǎn)向里42m開始補(bǔ)架矩形U29三節(jié)可縮性金屬棚。

118-10#測點(diǎn)向里42m開始補(bǔ)架矩形U29三節(jié)可縮性金屬棚直到通過頂板破碎區(qū)域，規(guī)格見支護(hù)斷面圖。補(bǔ)架U29棚按0.8米棚距進(jìn)行架設(shè)。每組棚必須使用拉桿進(jìn)行硬連接。U29棚每個接口用三個卡子固定牢固，棚后使用半木和長的坑木進(jìn)行密背與巷頂幫背緊。架棚后巷道凈高不低于2.7m。以后就按此方法進(jìn)行架棚作業(yè)。架棚有關(guān)技術(shù)要求如下:

1）棚間凈距為0.8m，相鄰棚之間要上好5根拉桿，且必須使用硬連接；

2）架棚時必須拉開中線按要求立好棚腿，并用拉桿把棚腿固定牢，按40cm的搭接長度把棚子組裝好；

3）棚腿要支在實(shí)底上，局部棚腿窩較深處可用平的大塊矸石配水泥砂漿充實(shí)加墊，以使棚腿高度保持一致，兩側(cè)棚腿邁步一致，并避免前傾后仰；

4）U型棚組件之間搭接壓茬長度均為0.4m，分別用三道專用卡子用雙螺母連接緊固；

5）U型棚要用半木密背，棚腿與幫之間用坑木背緊剎牢；

6）局部地點(diǎn)因空間不足無法用坑木時可用半木密排背緊剎牢，U型棚密排鋪設(shè)的半木不得有松動現(xiàn)象；

7）封閉圍巖緊貼棚子的半木排列要整齊有序、美觀；

8）架棚要按中線進(jìn)行架設(shè)，保證兩側(cè)棚腿側(cè)面成一條直線；

9）在巷道超高處必須按措施進(jìn)行砌墻鋪底。但砌墻必須砂漿飽滿，保證寬度。

圖1 工作面斷層剖面圖

4 結(jié)束語

實(shí)際應(yīng)用過程中，以上各種斷層判斷及處理方法都各具局限性。巖層層位對比法應(yīng)用的最為普遍，效果也較好，而牽引褶曲、平行小斷層法應(yīng)用不當(dāng)較易造成誤判。為了確保對斷層識別判斷準(zhǔn)確無誤,對斷層處理恰到好處,在生產(chǎn)實(shí)踐中,經(jīng)常采用以上幾種方法綜合進(jìn)行分析判斷,以便互相補(bǔ)充驗(yàn)證,避免因斷層判斷處理不當(dāng)而造成無效進(jìn)尺或安全問題。