煤礦巷道掘進(jìn)過(guò)斷層方法及技術(shù)措施探析

李 波

(山西宏廈第一建設(shè)有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)泉 045000)

引 言

在煤礦巷道掘進(jìn)過(guò)程中，斷層是最為常見(jiàn)的地質(zhì)形態(tài)。目前，我國(guó)煤炭回采已步入深部回采期，深部斷層的結(jié)構(gòu)類(lèi)型更為復(fù)雜，這給巷道掘進(jìn)與煤炭開(kāi)采帶來(lái)了巨大影響。資料顯示，在煤礦開(kāi)采事故的致因中，斷層過(guò)頂占有較高的比重[1]。根據(jù)不同類(lèi)型的斷層的特點(diǎn)，選擇科學(xué)的過(guò)斷層方法與技術(shù)，既是提升煤礦巷道掘進(jìn)效率的有效路徑，也是保障施工者人身安全的重要措施。結(jié)合工作實(shí)踐，對(duì)煤礦巷道掘進(jìn)過(guò)斷層方法及技術(shù)措施作一分析，目的是為作業(yè)人員順利和安全過(guò)斷層、提高巷道掘進(jìn)效率與效益提供借鑒與啟示。

1 斷層形成的機(jī)理與影響

1.1 斷層的形成機(jī)理

斷層是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中廣泛發(fā)育的構(gòu)造形態(tài)。斷層的形成，主要是由于地殼運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生強(qiáng)大的壓力和張力所致，即這種壓力和張力在大于煤巖層自身強(qiáng)度時(shí)，所導(dǎo)致的煤巖層斷裂錯(cuò)位。因煤巖層斷裂錯(cuò)位而形成的斷裂面，由于其兩盤(pán)運(yùn)動(dòng)方向的不同而形成不同的斷裂面[2]：倘若上下盤(pán)分別相對(duì)上升和下降，便會(huì)形成逆斷層；倘若上下盤(pán)分別相對(duì)下降和上升，便會(huì)形成正斷層；倘若兩盤(pán)沿著斷裂面走向水平滑動(dòng)，便會(huì)形成推斷層。雖然這些斷層類(lèi)型不同、規(guī)模不等、大小不一，但均破壞了煤巖層的完整性與連續(xù)性。

1.2 斷層的負(fù)面影響

對(duì)于煤礦巷道掘進(jìn)，斷層的負(fù)面影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面，影響和制約巷道掘進(jìn)的速度與質(zhì)量。一般而言，遇到單一的斷層，只要選擇必要的方法、安全的措施，便不會(huì)對(duì)巷道掘進(jìn)產(chǎn)生多大的影響。問(wèn)題是斷層結(jié)構(gòu)的單一性并不多見(jiàn)，而是多種斷層交織在一起，使得斷層較為復(fù)雜，這無(wú)疑增加了巷道掘進(jìn)的難度與速度，甚至?xí)?dǎo)致巷道掘進(jìn)的停滯，從而增加了巷道掘進(jìn)的成本，影響了煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

另一方面，增加了巷道掘進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)[3]。復(fù)雜的斷層由于導(dǎo)致煤層形成了破碎帶與疏水通道，在巷道掘進(jìn)中往往會(huì)產(chǎn)生透水，給安全作業(yè)與生產(chǎn)帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)；在高瓦斯礦井中，由于在斷層面附近存在許多空隙，容易積聚煤層中的游離瓦斯，使得巷道掘進(jìn)過(guò)斷層時(shí)存在高濃度瓦斯突出涌現(xiàn)的可能性，從而增加井下及其巷道瓦斯的含量，給巷道掘進(jìn)帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅；斷層附近由于屬于破碎帶，如果巷道掘進(jìn)過(guò)程中一旦揭露了破碎的頂板，便會(huì)影響巷道支護(hù)。在這些情形下，如果安全意識(shí)不強(qiáng)、方法不當(dāng)、技術(shù)缺失、監(jiān)管不力，便會(huì)產(chǎn)生較大的安全事故，從而造成生命與財(cái)產(chǎn)損失。因此，選擇科學(xué)合理的過(guò)斷層的方法和安全技術(shù)措施，尤為重要和必要。

2 巷道掘進(jìn)過(guò)斷層的方法選擇

2.1 過(guò)斷層方法的選定

在巷道掘進(jìn)未遇到斷層之前，應(yīng)通過(guò)精準(zhǔn)的地質(zhì)勘察和精心預(yù)判，了解巷道所處的地質(zhì)構(gòu)造、地下環(huán)境，有針對(duì)性地制定相關(guān)巷道掘進(jìn)方案與防控措施。一般而言，斷層的出現(xiàn)往往具有一定的“預(yù)兆”，比如，煤層的突變、滑面的增多、煤層強(qiáng)度的明顯降低等，均預(yù)示著斷層的可能出現(xiàn)[4]。在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)針對(duì)不同性質(zhì)、不同規(guī)格的斷層，選擇科學(xué)合理的過(guò)斷層方法。

巷道掘進(jìn)過(guò)斷層的方法較多，其中“挑頂”和“臥底”是較為常見(jiàn)的應(yīng)用方法。前者是指通過(guò)上提施工角度、以工字鋼架棚打穿楔、填實(shí)空幫等方式，應(yīng)對(duì)因斷層而出現(xiàn)的底板破斷上升、頂板丟煤頂?shù)膯?wèn)題；后者是指通過(guò)下扎施工角度、錨桿支護(hù)或注漿等方式，應(yīng)對(duì)因斷層而出現(xiàn)的頂板破斷下降、頂板破巖丟煤底的問(wèn)題。無(wú)論是“挑頂”至斷層面下盤(pán)的煤層頂板，還是“臥底”至斷層面上盤(pán)的煤層頂板，都必須在確保支護(hù)的堅(jiān)固與穩(wěn)定的前提下，方可繼續(xù)實(shí)施巷道掘進(jìn)。

2.2 方法實(shí)施應(yīng)注意事項(xiàng)

無(wú)論選擇和實(shí)施哪一種巷道掘進(jìn)過(guò)斷層方法，均應(yīng)考慮斷層的規(guī)格、落差和影響范圍，以及巷道頂板狀況、圍巖的特性、機(jī)器設(shè)備的安設(shè)等多種因素，在比較分析中選擇適當(dāng)?shù)南锏谰蜻M(jìn)過(guò)斷層方法。在具體實(shí)施中注意以下幾點(diǎn)：如果斷層落差>35 m，應(yīng)注意避開(kāi)該開(kāi)采區(qū)域，采用繞行掘進(jìn)的方式過(guò)斷層。或者通過(guò)改變巷道角度、支護(hù)方式，并采用短石門(mén)進(jìn)入另一盤(pán)煤層。在圍巖破碎時(shí)，可采用注漿、縮短頂幫錨桿與錨索間排距、鋼帶支護(hù)等措施。如果斷層落差>15 m且<35 m時(shí)，可采用導(dǎo)硐注漿方法過(guò)斷層，即在距離破裂面10 m左右的地方安設(shè)混凝土注漿泵，在設(shè)計(jì)好的巷道外輪廓注漿，其目的在于增強(qiáng)圍巖的強(qiáng)度與完整性。如果斷層落差<15 m，可通過(guò)“挑頂”和“臥底”的方式過(guò)斷層。

3 巷道掘進(jìn)過(guò)斷層的技術(shù)措施

3.1 巷道掘進(jìn)前的技術(shù)措施

在巷道掘進(jìn)前，煤礦相關(guān)技術(shù)部門(mén)和人員應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果，制定過(guò)斷層的安全技術(shù)措施，并將其發(fā)放至相關(guān)技術(shù)人員和作業(yè)人員。在距離預(yù)計(jì)斷層20 m時(shí)，應(yīng)采用邊探邊掘的方式進(jìn)行巷道掘進(jìn)，并根據(jù)斷層特點(diǎn)，分析和判斷層實(shí)際落差，如果斷層或煤層出現(xiàn)突然變厚、變薄等異常現(xiàn)象，應(yīng)通過(guò)打鉆探孔精準(zhǔn)探測(cè)巷道內(nèi)的瓦斯及水情況，并制定相關(guān)技術(shù)措施進(jìn)行巷道掘進(jìn)。在巷道掘進(jìn)工作面的探測(cè)過(guò)程中，如果探孔和卸壓鉆孔中存在見(jiàn)巖等情況，應(yīng)在詳細(xì)記錄和說(shuō)明巖石性質(zhì)；如果鉆孔內(nèi)出現(xiàn)涌水，應(yīng)及時(shí)記錄鉆孔出水的深度；如果預(yù)測(cè)前方存在斷層，應(yīng)留至少5 m預(yù)測(cè)鉆孔，并提前施工卸壓鉆孔；如果發(fā)現(xiàn)斷層落差高于煤層厚度，應(yīng)采用風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)或液壓鉆機(jī)施工探煤鉆孔，精準(zhǔn)探測(cè)煤層層位，并采取相應(yīng)的防突措施。需要強(qiáng)調(diào)的是，過(guò)斷層前施工的各類(lèi)鉆孔，如果出現(xiàn)噴孔、頂鉆等異?，F(xiàn)象，應(yīng)立即停頭[5]，并向相關(guān)技術(shù)部門(mén)報(bào)告?？傊?，在巷道掘進(jìn)前所采取的技術(shù)措施，其目的在于精準(zhǔn)預(yù)測(cè)斷層與煤層的構(gòu)造與特點(diǎn)，制定相應(yīng)的施工方法和措施，為巷道掘進(jìn)提供知識(shí)與技術(shù)支撐。

3.2 巷道掘進(jìn)中的技術(shù)措施

在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，涉及的相關(guān)技術(shù)措施較多?；谙锏谰蜻M(jìn)原則，應(yīng)堅(jiān)持邊探邊掘。在斷層中掘進(jìn)時(shí)，之于前方煤層厚度的探測(cè)，如探明煤厚大于2 m，應(yīng)立即停頭，施工卸壓鉆孔；如探明距斷層前5 m，應(yīng)停止掘進(jìn)，選擇過(guò)斷層技術(shù)與措施?；跀鄬拥念?lèi)型與規(guī)格，選擇相應(yīng)的過(guò)斷層方法。如果斷層另一盤(pán)上升，且其落差小于煤層厚度的1/2，可直接施工16個(gè)20 m深的鉆孔或卸壓鉆孔；如果斷層另一盤(pán)下降，其落差大于煤層厚度的1/2，且小于1倍煤層厚度，可先向另一盤(pán)煤層施工卸壓鉆孔，而后再依據(jù)煤層厚度在斷層面后5 m～10 m處施工卸壓鉆孔；當(dāng)正斷層另一盤(pán)煤上升時(shí)，如果其落差大于煤層厚度的1/2，且小于1倍煤層厚度，可在本盤(pán)煤層頂板0.5 m左右處向另一盤(pán)煤層施工卸壓鉆孔；如果其落差大于煤層厚度，應(yīng)根據(jù)巷道施工的傾角變化，在距斷層面3 m前施工卸壓鉆孔；如果其落差小于煤層厚度的1/2，可則直接施工16個(gè)20 m深的鉆孔或卸壓鉆孔?；谛秹恒@孔，應(yīng)根據(jù)煤層厚度以及遇到的實(shí)際情況，確定卸壓鉆孔的數(shù)量與規(guī)格。比如，當(dāng)斷層附近的煤層厚度大于正常煤層厚度1.5倍時(shí)，應(yīng)至少增加一排卸壓鉆孔；當(dāng)出現(xiàn)頂鉆、噴孔等現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)在該排鉆孔附近增加卸壓鉆孔數(shù)量，以解決噴孔問(wèn)題等。需要強(qiáng)調(diào)的是，在巷道掘進(jìn)過(guò)程中應(yīng)注意各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防與化解，如果遇到頂鉆或噴孔現(xiàn)象、工作面出現(xiàn)明顯突出預(yù)兆、回風(fēng)流瓦斯?jié)舛容^高時(shí)，應(yīng)立即停止掘進(jìn)，并采用相關(guān)技術(shù)措施予以解決。

4 結(jié)語(yǔ)

煤礦巷道掘進(jìn)過(guò)斷層，其方法較多，技術(shù)較為復(fù)雜，需要根據(jù)斷層的類(lèi)型與規(guī)格以及煤層情況，科學(xué)選擇適宜的方法和技術(shù)。而這些方法和技術(shù)的運(yùn)用，其目的歸根結(jié)底在于實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)的價(jià)值追求和目標(biāo)。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，既需要煤礦巷道支護(hù)的安全有效，即通過(guò)注漿加固、超前及永久支護(hù)，為施工人員提供安全可靠的巷道掘進(jìn)環(huán)境；更需要相關(guān)技術(shù)和施工人員具有強(qiáng)烈的安全意識(shí)和過(guò)硬的巷道掘進(jìn)技術(shù)，應(yīng)通過(guò)崗前培訓(xùn)、技術(shù)攻關(guān)等，提高相關(guān)技術(shù)和施工人員的安全意識(shí)、綜合素質(zhì)和技術(shù)能力，使之在巷道掘進(jìn)過(guò)斷層中，科學(xué)作業(yè)、精準(zhǔn)施工，并及時(shí)處理巷道掘進(jìn)過(guò)斷層過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題，將可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)與事故降到最低，從而實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)的目標(biāo)。