掘進(jìn)巷道斷層識(shí)別方法及處理措施

李士輝

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)四明山煤礦，山西 晉城 048000）

四明山煤礦9104運(yùn)輸順槽位于井田南部一采區(qū)，開(kāi)口位于南翼輔運(yùn)大巷970 m處。該巷道開(kāi)口坐標(biāo)點(diǎn)為（3961809.998，38415644.539），方位角為180°45′10〃，工程量為1250 m（平距），巷道沿9#煤層頂板（破底）掘進(jìn)坡度為2°～15°，每300 m在回采幫施工躲避硐室一個(gè)，凈寬×高×深為1.5 m×2 m×1 m(支護(hù)同正巷)。

9104運(yùn)輸順槽掘進(jìn)煤層為9#煤，煤層走向西北—東南，傾向東北，巷道掘進(jìn)坡度為2°～10°，平均厚度為1.62 m，巷道采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，截止目前已掘進(jìn)240 m。

9104運(yùn)輸順槽掘進(jìn)期間預(yù)計(jì)揭露7條斷層，其中F1斷層巷道187 m處已揭露。為了保證巷道后期過(guò)斷層施工安全，合理判斷揭露斷層產(chǎn)狀要素，為巷道掘進(jìn)工藝、支護(hù)工藝調(diào)整提供準(zhǔn)確依據(jù)。通過(guò)技術(shù)研究，合理分析了集中斷層識(shí)別方法，并提出了相應(yīng)的處理措施。

1 斷層識(shí)別方法分析

掘進(jìn)工作面斷層快速識(shí)別法能夠?yàn)楣ぷ魅藛T快速指明掘進(jìn)方向，同時(shí)還有利于了解斷層結(jié)構(gòu)。快速識(shí)別法通常有以下幾種：

1）層位對(duì)比法：該方法能夠在掘進(jìn)的過(guò)程中根據(jù)斷層的巖層厚度及硬度快速判斷斷層的落差及傾角，而且適用范圍廣，步驟較少。如當(dāng)工作人員在掘進(jìn)9104運(yùn)輸順槽掘進(jìn)至568 m處時(shí)遇到了一個(gè)F5斷層，斷層落差為2.7 m，如圖1所示。斷層的另一面巖性為泥巖，測(cè)量人員將該處巖層的巖性與距斷層30 m處的巖性比對(duì)，發(fā)現(xiàn)巖層為9#煤層的直接頂其厚度為0.6 m。根據(jù)以上判斷能夠快速了解斷層的落差及傾角，從而為工作人員快速指明掘進(jìn)方向。

圖1 層位對(duì)比法識(shí)別斷層

2）斷層特征法：由于斷層帶在形成過(guò)程中會(huì)形成較多的一些小構(gòu)造，可以根據(jù)斷層帶形成的特征來(lái)判斷落差及性質(zhì)。通常形成的構(gòu)造有：斷層角礫巖、平行小斷層、牽引褶曲、斷層擦痕、羽狀斷裂。勘察人員可以根據(jù)這些特征來(lái)判斷掘進(jìn)方向。

3）規(guī)律類(lèi)推法：根據(jù)資料顯示，9102運(yùn)輸順槽在掘進(jìn)至750 m處時(shí)揭露了一個(gè)落差高度為3.7 m的正斷層，經(jīng)過(guò)規(guī)律總結(jié)不難發(fā)現(xiàn)，9104運(yùn)輸順槽在掘進(jìn)至750 m左右處預(yù)計(jì)同樣也會(huì)揭露該斷層。而在實(shí)際掘進(jìn)中，在9104運(yùn)輸順槽掘進(jìn)至702 m處揭露該斷層，如圖2所示。

圖2 規(guī)律類(lèi)推法識(shí)別斷層

4）作圖分析法：掘進(jìn)工作面在揭露斷層后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)繪制斷層的產(chǎn)狀坡面圖與已揭露斷層的產(chǎn)狀圖進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比后可以發(fā)現(xiàn)新斷層帶的性質(zhì)與落差，從而為工作人員的掘進(jìn)提供最可靠的數(shù)據(jù)，便于工作人員采取措施。

5）雷達(dá)識(shí)別法：根據(jù)電磁波在不同的介質(zhì)中傳播的速度不一樣，勘測(cè)人員可以利用電磁波對(duì)斷層進(jìn)行勘察，從而判斷出斷層的性質(zhì)與落差。與其他識(shí)別方法相比，該方法能夠?qū)β鋵?shí)進(jìn)行預(yù)判。因此，勘測(cè)人員可以在掘進(jìn)前先用雷達(dá)對(duì)掘進(jìn)面進(jìn)行勘察，這樣能夠?yàn)楣ぷ魅藛T提供參考依據(jù)。

2 過(guò)斷層掘進(jìn)方法及支護(hù)措施

2.1 掘進(jìn)方法

1）施工人員可以根據(jù)每個(gè)斷層的性質(zhì)及落差來(lái)采取有效的過(guò)斷層措施，通常采用改變掘進(jìn)方向或改變掘進(jìn)傾角來(lái)通過(guò)斷層。不論采用哪種掘進(jìn)方式都不能影響掘進(jìn)巷道的使用功能，同時(shí)還需盡量少丟煤、少繞路、少掘巖層。為了確保工作人員的生命安全，在工作面通過(guò)正斷層（上盤(pán)向下盤(pán)）或逆斷層（下盤(pán)向上盤(pán)）時(shí)，都要對(duì)頂板加強(qiáng)支護(hù)，確保頂板不會(huì)冒頂。

2）如掘進(jìn)前勘察的斷層落差比較大時(shí)，可以采取改變掘進(jìn)方向來(lái)避開(kāi)斷層，將工作面退后一定距離，以煤層為切眼重新掘進(jìn)一個(gè)工作面；如斷層落差比較小時(shí)，可以采取臥底或挑頂?shù)姆绞礁淖兙蜻M(jìn)傾角來(lái)通過(guò)斷層。

2.2 支護(hù)措施

2.2.1 錨網(wǎng)索支護(hù)

1）頂錨桿選用直徑與長(zhǎng)度分別為0.02 m及2.4 m的高強(qiáng)度左旋螺紋鋼錨桿，幫錨桿選用直徑與長(zhǎng)度分別為0.02 m及2 m的高強(qiáng)度左旋螺紋鋼錨桿。錨桿托盤(pán)的長(zhǎng)、寬、厚分別為0.15 m、0.15 m、0.008 m，相鄰錨桿之間的距離為0.9 m，兩排的間距為1 m，每排施工五根錨桿。

2）距兩幫0.2 m頂錨桿的施工角度與工作面垂線(xiàn)呈15°，其他所有錨桿全部與工作面垂線(xiàn)重合，且錨桿的預(yù)緊力均要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。樹(shù)脂錨固劑的放入順序?yàn)橄萂SK2335后MSK2360。

3）鋼絞線(xiàn)選用錨索的直徑與長(zhǎng)度分別為0.17 m、5 m，托盤(pán)的長(zhǎng)、寬、高分別為0.3 m、0.3 m、0.016 m。相鄰錨索的排距為2 m，每排施工一根預(yù)緊力為200 kN的錨索。樹(shù)脂錨固劑的放入順序?yàn)橄萂SK2335后MSK2360。

4）鋼筋經(jīng)緯網(wǎng)的材料選用冷拔鐵絲，長(zhǎng)、寬分別為2 m、1.4 m，網(wǎng)格為長(zhǎng)度為0.1 m的正方形，巷道的頂板與側(cè)幫均安裝鋼筋網(wǎng)，且接口處搭接嚴(yán)密，搭接交叉處長(zhǎng)度要大于0.1 m，且用鉛絲將交叉部位捆綁牢固。

2.2.2 礦工鋼棚支護(hù)

1）鋼棚支護(hù)選用高強(qiáng)度工字鋼，棚梁的長(zhǎng)度與寬度分別為4.3 m、0.12 m，棚腿長(zhǎng)度為4 m。鋼棚支護(hù)工藝按照以下步驟：采用掘進(jìn)機(jī)或炮掘等方式使工作面漏出煤或矸；安檢人員通過(guò)敲幫問(wèn)頂?shù)姆绞竭M(jìn)行煤壁檢查后將工作面的臨時(shí)支護(hù)前移；采用架板與高梯架設(shè)臨時(shí)支護(hù)平臺(tái)，同時(shí)對(duì)頂板與側(cè)幫煤壁進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)；待工作人員將底口與棚距測(cè)量完畢后施工柱窩，施工時(shí)必須確保每根柱窩施工到實(shí)底，四名施工人員將棚腿搬運(yùn)至工作面，用鉛絲將棚腿與頂部錨桿、頂網(wǎng)捆綁牢固，由兩名工作人員扶好后，其余人員再去搬運(yùn)其他棚腿與棚梁；臨時(shí)平臺(tái)搭好后在上方安裝棚梁，安裝好一頭后安裝另一頭；當(dāng)平臺(tái)全部安裝完畢后，觀察平臺(tái)各棚梁是否水平且牢靠，不合適時(shí)及時(shí)調(diào)整；棚梁上還需鋪設(shè)一層鋼筋網(wǎng)片，并用方木呈“井”形絞頂背幫，棚腿之間可以通過(guò)四根撐木來(lái)?yè)尉o。

2）支護(hù)要求：鋼棚在架設(shè)過(guò)程中要以掘進(jìn)工作面的中線(xiàn)為基準(zhǔn)，棚腿的柱窩施工深度要大于0.15 m。棚腿之間可以通過(guò)四根撐木來(lái)?yè)尉o，棚腿在安裝時(shí)要確保與圍巖貼實(shí)，如無(wú)法貼實(shí)可以采用鉛絲將木板與棚腿綁緊后與幫部貼實(shí)。棚梁在架設(shè)時(shí)需保證水平狀態(tài)，方木呈“井”形填充并絞實(shí)，同時(shí)在進(jìn)行勾頂、背幫作業(yè)時(shí)，要確保木料與煤壁貼實(shí)，避免出現(xiàn)空幫空頂?shù)默F(xiàn)象。頂部及兩側(cè)的背板要保持與巷道的中線(xiàn)平行，背板的用量及位置可以根據(jù)巷道支護(hù)的地形決定。

3 結(jié)語(yǔ)

四明山煤礦對(duì)9104運(yùn)輸順槽掘進(jìn)期間揭露的斷層提出了集中識(shí)別方法，準(zhǔn)確掌握了斷層產(chǎn)狀要素，為掘進(jìn)工作面過(guò)斷層期間掘進(jìn)工藝調(diào)整提供了有力依據(jù)。同時(shí)對(duì)過(guò)斷層期間提出了相應(yīng)的支護(hù)措施，有效控制了斷層帶處不穩(wěn)定煤巖體，保證了巷道圍巖穩(wěn)定性，避免了斷層帶出裂隙擴(kuò)張破壞作用導(dǎo)致頂板破碎、冒落現(xiàn)象，在巷道安全快速掘進(jìn)上，取得了顯著的應(yīng)用成效。