掘進(jìn)巷道過(guò)斷層破碎帶安全技術(shù)研究

付 鵬

（山西高河能源有限公司，山西 長(zhǎng)治 047100）

1 工作面簡(jiǎn)介

山西高河能源有限公司W(wǎng)4307回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為2066m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=5.0×4.5m。巷道掘進(jìn)煤層為3#煤層，平均厚度為6.5m，距煤層底板1.15m有0.18m夾矸，夾矸為炭質(zhì)泥巖。

3#煤層頂板含有偽頂，主要以炭質(zhì)泥巖為主，平均厚度為1.25m；偽頂之上為細(xì)粒砂巖-砂質(zhì)泥巖直接頂，厚度5.6m，灰色，中厚層狀；基本頂主要以中粒砂巖-泥巖-砂質(zhì)泥巖-泥巖-細(xì)粒砂巖-泥巖構(gòu)成混合巖層，平均厚度為24.65m。

W4307回風(fēng)順槽在開(kāi)口處向西810m（FH13導(dǎo)線點(diǎn)向前48m）處有Fw174斷層。根據(jù)W4307回風(fēng)順槽現(xiàn)場(chǎng)揭露情況，F(xiàn)w174斷層為逆斷層，斷層落差約2m，傾角60°，斷層走向?yàn)镹4°E，與巷道夾角40°。預(yù)計(jì)巷道掘進(jìn)過(guò)程中影響范圍為揭露斷層前5m，揭露斷層后影響為25m，斷層影響區(qū)域，煤質(zhì)較破碎。

W4307回風(fēng)順槽采用綜掘機(jī)沿煤層底板掘進(jìn)，預(yù)計(jì)從W4307回風(fēng)順槽開(kāi)口處向西掘810m（導(dǎo)線點(diǎn)WH13向前48m）揭露Fw174斷層，揭露斷層面后，巷道按6°下山留底煤掘進(jìn)到下盤(pán)煤層底板后，繼續(xù)沿煤層底板掘進(jìn)。

2 過(guò)斷層破碎區(qū)域支護(hù)措施

為了防止掘進(jìn)巷道過(guò)斷層期間頂板出現(xiàn)冒頂、垮落事故，決定過(guò)斷層期間對(duì)施工巷道頂板采取注漿+架設(shè)鋼棚進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。

2.1 注漿施工工藝

2.1.1 注漿鉆孔位置

（1）頂板注漿鉆孔。在W4307回風(fēng)順槽頂板向下0.5m處與頂板仰角斜25°施工4個(gè)注漿孔（注漿孔位置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整），間距為1.0m，深度均為6.0m ,鉆孔排距為3.0m，孔徑Ф42mm。

（2）巷幫注漿鉆孔。幫部頂板向下0.8m、2.5m處與巷幫側(cè)斜30°分別施工2個(gè)注漿孔，注漿鉆孔深度均為6.0m，鉆孔排距為1.2m，孔徑Ф42mm，注漿滯后W4307回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面5m。

2.1.2 注漿施工工序

（1）安裝注漿管。注漿鉆孔施工完后，檢查鉆孔是否合格，并清理鉆孔內(nèi)煤屑。鉆孔檢查合格后，將注漿管裝入孔中并固定牢固，注漿管長(zhǎng)度為2.0m，利用專(zhuān)用封孔器對(duì)鉆孔進(jìn)行封孔處理。

（2）管路連接。由于注漿泵采用壓風(fēng)作為動(dòng)力，管路連接前應(yīng)對(duì)壓風(fēng)管路破損情況進(jìn)行檢查，并通風(fēng)排除管路內(nèi)異物。壓風(fēng)管路確認(rèn)無(wú)誤后，采用U型卡將管路與注漿泵連接，并開(kāi)啟風(fēng)閥。

（3）注漿液調(diào)配。施工巷道注漿液采用馬麗散與催化劑混合液。首先打開(kāi)馬麗散氣動(dòng)閥門(mén)，當(dāng)馬麗散在出料管口流出的時(shí)候關(guān)閉氣動(dòng)閥門(mén)，開(kāi)啟催化劑氣動(dòng)閥門(mén)，當(dāng)催化劑流出的時(shí)候關(guān)閉閥門(mén)，然后同時(shí)開(kāi)啟馬麗散與催化劑氣動(dòng)閥門(mén)并調(diào)試流量，比例控制在1:1。

（4）注漿。采用專(zhuān)用高壓注漿泵向鉆孔內(nèi)注漿，注漿壓力控制在0.5～2.0MPa之間。注漿期間發(fā)現(xiàn)煤體有漿液滲出時(shí)立即停止注漿，并觀察漿液凝固效果及加固效果，注漿結(jié)束3h后，方可進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)。

2.2 架棚工藝

（1）架棚規(guī)格及組成。W4307回風(fēng)順槽架設(shè)的支護(hù)棚主要由U29型鋼制成，鋼棚為矩形斷面，斷面規(guī)格為寬×高=5.0×4.2m。鋼棚主要由4根棚腿（2.5m）、1根頂梁（5.0m）、兩個(gè)棚腿底座、卡纜等部分組成。

（2）鋼棚底座安裝。鋼棚滯后工作面5.0m處并由外向里依次進(jìn)行架設(shè)。首先對(duì)鋼棚架設(shè)位置進(jìn)行起底澆筑，確保鋼棚架設(shè)牢固，鋼棚底座與底板澆筑面采用地錨固定，同一架鋼棚兩個(gè)底座在水平面高低差不得超過(guò)0.05m。

（3）棚腿安裝。棚腿與底座采用4根16#螺栓進(jìn)行連接并采用螺母預(yù)緊固定，第二節(jié)棚腿與第一節(jié)棚腿對(duì)插安裝并采用卡纜進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力不得低于200N·m。棚腿安裝后在巷幫施工兩根錨桿并采用抱箍將棚腿與巷幫進(jìn)行固定。

（4）頂梁安裝。鋼棚棚腿安裝后，將頂梁與棚腿對(duì)接并采用卡纜固定預(yù)緊，相鄰兩架鋼棚架設(shè)完成后，在鋼棚頂板與頂板之間采用水泥背板背牢，如圖1所示。

3 安全施工技術(shù)措施

3.1 注漿安全技術(shù)措施

（1）注漿鉆孔施工前，應(yīng)在鉆場(chǎng)內(nèi)安裝有害氣體監(jiān)測(cè)裝置，鉆孔施工過(guò)程中應(yīng)安排專(zhuān)職的瓦檢工對(duì)鉆場(chǎng)附近有害氣體進(jìn)行檢查，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^(guò)0.8%時(shí)嚴(yán)禁鉆孔施工。

（2）注漿前將管路連接好并對(duì)管路、接頭、閥門(mén)、壓力表等完好情況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)管路跑風(fēng)、接頭漏風(fēng)、閥門(mén)松動(dòng)以及壓力表不顯示時(shí)必須及時(shí)更換。

（3）由于W4307回風(fēng)順槽注漿鉆孔傾角較大，為了提高注漿效果及施工安全，注漿鉆孔封孔長(zhǎng)度不得低于0.3m，封孔質(zhì)量必須合格。在鉆孔埋管前嚴(yán)禁打開(kāi)風(fēng)閥，注漿時(shí)施工人員站在距注漿地點(diǎn)5.0m外上風(fēng)側(cè)處。

圖1 W4307回風(fēng)順槽破碎頂板“注漿+鋼棚”支護(hù)

（4）注漿施工時(shí)應(yīng)撤出工作面所有施工人員，注漿人員應(yīng)穿著防護(hù)服并佩戴防護(hù)用品，在注漿地點(diǎn)附近應(yīng)提前準(zhǔn)備足量清潔用水，如漿液不慎濺到皮膚或眼睛，應(yīng)立即用大量清水沖洗。

（5）注漿時(shí)由“中間向兩幫”的順序進(jìn)行施工，注漿時(shí)嚴(yán)格控制好注漿壓力，發(fā)現(xiàn)封口處跑漿、冒漿現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)注漿閥門(mén)減小注漿量；發(fā)現(xiàn)管路爆裂、接頭竄液時(shí)必須立即停止注漿，及時(shí)更換。

（6）在調(diào)配注漿液時(shí)，馬麗散與催化劑配比必須符合設(shè)計(jì)要求，保證漿液黏度。在注漿時(shí)應(yīng)控制好注漿壓力，注漿壓力過(guò)大很容易造成壓力爆破傷人，壓力過(guò)小不利于漿液完全深入巖體裂隙中。

（7）注漿過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)觀察壓力表變化情況，注漿時(shí)發(fā)現(xiàn)壓力加大、注漿量減小時(shí)，多為管路堵塞，應(yīng)及時(shí)對(duì)注漿管路進(jìn)行疏通；注漿過(guò)程中發(fā)現(xiàn)煤巖體滲液或鄰孔竄液時(shí)必須立即停止注漿。

3.2 架棚安全技術(shù)措施

（1）鋼棚架設(shè)前應(yīng)對(duì)巷幫、頂板浮矸清理干凈，并對(duì)鋼棚底座安裝位置進(jìn)行整平、硬化，確保鋼棚底座安裝在堅(jiān)硬、平整底板上，底座安裝時(shí)采用“一座四錨”將其固定。

（2）鋼棚架設(shè)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照中線進(jìn)行架設(shè)，同一架鋼棚兩棚腿安裝后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，棚腿垂直頂?shù)装?，并確保兩棚腿剖面中線與巷幫垂直誤差不得超過(guò)3°。

（3）由于施工巷道高度大，在架設(shè)鋼棚頂梁時(shí)應(yīng)搭設(shè)工作盤(pán)。工作盤(pán)應(yīng)由直徑不小于30mm圓木搭設(shè)而成，搭設(shè)高度以便于施工為宜，頂梁應(yīng)由3名以上施工人員配合施工。頂梁與棚腿采用卡纜固定預(yù)緊，預(yù)緊力不得小于200N·m。

（4）鋼棚架設(shè)完后必須采用固定錨桿將其與巷幫或頂板固定，鋼棚棚腿緊貼巷幫，不得晃動(dòng)，鋼棚頂梁與頂板之間間隙控制在150～250mm之間。

（5）為防止倒架、傾架事故發(fā)生，相鄰兩架鋼棚架設(shè)后，必須采用兩組連接桿進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù)，并在鋼棚頂梁與頂板之間填塞水泥背板，背板必須與頂梁、巷道頂板接觸嚴(yán)實(shí)。

（6）每班施工前應(yīng)安排專(zhuān)職人員對(duì)每一架鋼棚受力損壞情況進(jìn)行嚴(yán)格檢查，發(fā)現(xiàn)頂板彎曲、斷裂現(xiàn)象時(shí)必須及時(shí)更換。

4 結(jié)束語(yǔ)

山西高河能源有限公司在W4307回風(fēng)順槽過(guò)斷層期間，提出了“注漿+架棚”聯(lián)合支護(hù)方案及安全技術(shù)措施，施工巷道頂板得到有效控制，未出現(xiàn)嚴(yán)重破碎現(xiàn)象及冒頂事故，提高了巷道頂板穩(wěn)定性，加快了巷道掘進(jìn)速度，使施工巷道提前3.5d過(guò)斷層破碎帶，保證了巷道施工安全，取得了顯著成效。