巷道快速掘進(jìn)過(guò)斷層施工技術(shù)研究

張惠波

(山西汾西正佳煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 隰縣 041301)

斷層是煤炭回采時(shí)常見的地質(zhì)構(gòu)造，在斷層影響下煤層出現(xiàn)錯(cuò)位、不連續(xù)，給煤炭正?；夭蓭?lái)不利影響[1-3]。根據(jù)斷層發(fā)育特征采取合適的巷道掘進(jìn)過(guò)斷層技術(shù)對(duì)確保巷道掘進(jìn)安全、掘進(jìn)效率等均有顯著促進(jìn)作用[4-7]。文中就以3503運(yùn)輸巷掘進(jìn)過(guò)F3斷層為例，對(duì)過(guò)斷層施工技術(shù)展開探討，以期為巷道掘進(jìn)過(guò)斷層工作開展提供一定借鑒。

1 工程概況

山西某礦3503運(yùn)輸巷沿著5號(hào)煤底板掘進(jìn)，巷道位于3采區(qū)，東側(cè)、西側(cè)分別為3501、3505采面采空區(qū)，南側(cè)為采區(qū)集中運(yùn)輸巷，北側(cè)為采區(qū)保安煤柱。3505運(yùn)輸巷為矩形斷面(巷高4.2 m、巷寬4.0 m)，設(shè)計(jì)掘進(jìn)長(zhǎng)度680 m。3號(hào)煤埋深450 m、厚度3.7 m，頂?shù)装鍘r層以泥巖、砂巖混合層為主，具體巖性見表1。已有地質(zhì)資料顯示，預(yù)計(jì)3503運(yùn)輸巷會(huì)揭露6～8條斷層，以正斷層為主，其中F3斷層(H=2.0 m，∠65°)對(duì)巷道影響最大。文中就對(duì)巷道掘進(jìn)過(guò)斷層技術(shù)進(jìn)行闡述。

表1 3號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性

2 巷道過(guò)斷層施工工藝

2.1 掘進(jìn)技術(shù)工藝

3503運(yùn)輸巷采用綜掘技術(shù)工藝，若采用綜掘機(jī)直接破巖則破巖工程量大、留頂煤量多、綜掘設(shè)備磨耗嚴(yán)重，不利于巷道快速掘進(jìn)。結(jié)合相關(guān)研究成果以及礦井以往過(guò)斷層經(jīng)驗(yàn)，采用爆破方式，掘進(jìn)巷道掘進(jìn)方案見圖1。

圖1 巷道掘進(jìn)方案(mm)

1) 在巷道掘進(jìn)過(guò)程中以特定角度向下掘進(jìn)，采用留頂、破底方式過(guò)斷層，但是由于斷層影響頂板巖層穩(wěn)定性較差、頂板三角煤區(qū)厚度較小、膠結(jié)穩(wěn)定性差、保留困難，不利于巖層控制，為此采用臺(tái)階法俯斜施工，以減少頂板三角區(qū)煤巖控制難度。

2) 當(dāng)巷道掘進(jìn)至345 m位置(與斷層相距25 m)，巷道按照4°俯角破巖掘進(jìn)，頂板仍沿著3號(hào)煤層頂板布置；巷道掘進(jìn)至355 m位置(與斷層相距15 m)時(shí)，底板破底深度達(dá)到0.7 m，此時(shí)對(duì)巷道圍巖進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，確保巖層穩(wěn)定。

3) 待對(duì)圍巖補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)完畢后，在掘進(jìn)迎頭施工俯斜爆破鉆孔破巖。爆破鉆孔按照500 mm×1 000 mm間排距施工，爆破孔深度為1 200 mm，按照5°俯角布置，共布置4排鉆孔、每排8個(gè)爆破孔。第一排爆破孔位于頂板下方700 mm位置，爆破完成后掘進(jìn)進(jìn)尺控制在1 000 mm以內(nèi)。爆破掘進(jìn)時(shí)頂板預(yù)留700 mm頂煤，完成臺(tái)階預(yù)留后，巷道高度保持不變。

4) 巷道俯斜掘進(jìn)完成15 m后開始進(jìn)入到F3斷層上盤，此時(shí)仍采用爆破掘進(jìn)工藝掘進(jìn)5.0 m，此后采用綜掘機(jī)繼續(xù)掘進(jìn)。

采用的掘進(jìn)過(guò)斷層技術(shù)方案不僅可滿足破巖需要，而且掘進(jìn)成本低、效率高。

2.2 圍巖支護(hù)方案

F3斷層影響范圍巖層裂隙發(fā)育，為此圍巖支護(hù)方案采用注漿加固+錨索鋼筋網(wǎng)+架棚支護(hù)。具體圍巖控制方案見圖2。

圖2 圍巖支護(hù)方案

2.2.1 圍巖注漿

采用注漿加固方式提高圍巖穩(wěn)定性，注漿材料為MF-2型馬浮因，其中馬浮因、固特瓏按照1∶1配比混合，具有膠結(jié)時(shí)間短、滲透能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可在裂隙中深度超過(guò)3.0 m。

當(dāng)3503運(yùn)輸巷掘進(jìn)至355 m位置(此時(shí)與斷層相距15 m)，在巷道頂板下方500 mm位置施工第一排注漿加固鉆孔，每排鉆孔包含3個(gè)注漿孔、孔間距為1.5 m，鉆孔孔深為5.0 m，鄰近兩排鉆孔間距為2.0 m，共計(jì)施工3排注漿鉆孔。第一排鉆孔垂直煤壁施工，后續(xù)的第二排、第三排鉆孔均按照5°俯角鉆進(jìn)。

注漿用QB6C雙液注漿泵，壓力2～4 MPa，單個(gè)注漿孔注漿量約為300 kg，在同排注漿孔注漿時(shí)從巷道中部注漿孔開始注漿，最后對(duì)兩側(cè)注漿孔注漿。注漿完成1 h后巷道可開始掘進(jìn)。

2.2.2 錨索、鋼筋網(wǎng)支護(hù)

傳統(tǒng)的菱形金屬網(wǎng)支撐強(qiáng)度較低，斷層破碎巖層蠕變影響下金屬網(wǎng)出現(xiàn)較大的變形、甚至開裂，為此，巷道支護(hù)時(shí)采用鋼筋網(wǎng)帶代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬網(wǎng)并通過(guò)錨索來(lái)控制巷道變形。

1) 采用的鋼筋網(wǎng)(長(zhǎng)×寬=2 000 mm×1 200 mm)用圓鋼(直徑8 mm)編制、網(wǎng)孔規(guī)格為100 mm×100 mm。巷道每掘進(jìn)1 m后鋪設(shè)兩片鋼筋網(wǎng)護(hù)頂。

2) 錨索(D21.6 mm×5 000 mm)通過(guò)JW鋼帶(長(zhǎng)×寬=5 000 mm×250 mm)將鋼筋網(wǎng)與頂板巖層緊密接觸，1根JW鋼帶上布置5根錨索。

2.2.3 架棚支護(hù)

斷層附近圍巖應(yīng)力復(fù)雜，局部區(qū)域出現(xiàn)應(yīng)力集中或者卸壓顯現(xiàn)，降低頂板巖層穩(wěn)定性。為了確保巷道掘進(jìn)過(guò)斷層安全，決定采用架棚方式強(qiáng)化圍巖支護(hù)。

1) 傳統(tǒng)支護(hù)時(shí)選用的矩形鋼棚由于自身強(qiáng)度低，在圍巖應(yīng)力作用下容易變形，圍巖控制效果差，為此，文中提出采用U29鋼架設(shè)梯形棚控制圍巖變形。梯形棚結(jié)構(gòu)由2根U29鋼棚腿、1根工字鋼(長(zhǎng)4.0 m、寬0.25 m)鋼梁構(gòu)成，鋼梁與棚腿間采用2個(gè)U型卡固定。

2) 當(dāng)3503運(yùn)輸巷掘進(jìn)至360 m位置(此時(shí)與斷層間距10.0 m)開始按照1.0 m間距架設(shè)梯形棚，共計(jì)架設(shè)20架梯形棚。棚腿與頂梁間呈75°夾角，鄰近的架棚間采用連接桿拉緊固定。

巷道在斷層下盤掘進(jìn)期間(掘進(jìn)距離360～370 m)為俯斜掘進(jìn)，在俯角影響下架棚容易不穩(wěn)，為此在架棚施工過(guò)程中應(yīng)采取必要的防傾倒措施，布置液壓小絞車通過(guò)鋼絲繩給架棚一定的拉力，從而避免架棚傾倒。

3 效果分析

在3503運(yùn)輸巷過(guò)F3斷層期間采用爆破方式掘進(jìn)，圍巖控制采用注漿+鋼筋網(wǎng)、錨索+架棚方式，巷道過(guò)斷層期間掘進(jìn)工作面保持4.5 m/d掘進(jìn)進(jìn)尺速度，巷道共耗時(shí)約5 d順利通過(guò)該斷層。為了考察圍巖支護(hù)效果，在斷層影響帶內(nèi)對(duì)巷道圍巖變形進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。從監(jiān)測(cè)結(jié)果得知，巷道掘進(jìn)過(guò)斷層時(shí)頂板、巷板變形量分別控制在160 mm、190 mm以內(nèi)，采取的圍巖支護(hù)措施可有效控制圍巖變形。

4 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)F3斷層賦存以及3503運(yùn)輸巷掘進(jìn)情況，提出了巷道掘進(jìn)過(guò)斷層方案并詳細(xì)對(duì)掘進(jìn)工藝、圍巖支護(hù)方案進(jìn)行闡述?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后巷道掘進(jìn)進(jìn)尺保持在4.5 m/d，耗時(shí)約5 d通過(guò)該F3斷層，在過(guò)斷層期間頂板巖層穩(wěn)定，未出現(xiàn)頂板冒落問題,同時(shí)圍巖變形量較小。文中所提巷道過(guò)斷層技術(shù)實(shí)現(xiàn)了巷道安全、快速過(guò)斷層。研究成果為巷道快速過(guò)斷層積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。