巷道掘进过小断方法及措施

温思南

（大同煤矿集团有限责任公司 同家梁煤矿地质科，山西 大同 037025）

0 引言

随着勘探技术的不断发展，煤矿建设初期，影响其生产建设的构造，尤其是大中型构造，均已基本查明，并且在煤矿的设计建设中其基本作为井田或盘区边界。然而，由于小型断层的规模小，隐蔽性强等特征导致了其并不易被探测发现。这也是往往只有在采掘过程中其才能被发现的原因。由于构造类型、煤层地质条件不同,采掘过程中过构造的方法也要相应地发生变化。因此研究小断层以及掘进过程对其处理方式,对煤矿生产安全具有重要意义。

1 同家梁矿断层识别的主要手段

1.1 掘进过程中煤层及围岩识别方法

1.1.1 标志层法

标志层就是在地质作用过程中所形成的一种层理,它必须具有一定的连续性和稳定性，并且具有特殊性，易于辨别。标志层视其在一定立体空间内，是否具有良好的连续性及稳定性，其可以是煤层本身、夹矸或围岩等。要确定一个标志层，我们需要做大量准确的对比。在某一个井田内，可能有一层或多层的标志层来确定煤组及地质界线等。例如同家梁矿12#层就具有一层标志层，其位于12-1#层内部，为一层平均厚度为4cm的夹矸，其为泥岩，内含FeS2结晶。知道这些，我们就能够很轻松的判断12#层的层位了。

1.1.2 岩性判断法

这种方法具有一定的普遍应用性。即利用钻孔资料，通过整理相应煤层顶底板及其邻近岩层岩性及层序，从而在实际掘进过程中来判断由于断层所致的失踪煤层所在位置。

1.1.3 综合判断法

1）化石判定法:岩层中若含有菊石类等海相动物的化石的一般为顶板；含有根茎等植物化石的一般为底板；

2）肉眼判定法:通过顶底板岩性、化石、层理结构、鲕状结构、结核、矿脉等特征及标志层特征可以确定距煤层的距离；

3）化学分析法:根据顶底板化学性质的不同来判断。

1.2 矿井物探方法（高密度电阻率法）

高密度电阻率法主要是依靠电阻率差异来判断井下周围的地质构造及电阻率异常区如采空区、老空水等。该方法在采集数据的过程中，需要结合电阻率测深和电阻率剖面两种方法，因此由于数据采集量大以及数据观测精度高，在测量电阻率异常区域是能够取得较好的效果。

1.3 井下钻探方法

井下钻探方法是利用井下钻探设备向需探明区域打钻勘探，从而能够良好地揭露勘探区域地层岩性、地下水、构造等资料，在井下煤矿最长用到的就是利用其做超前探测，了解工作面前方构造、水或是遇断层、褶皱等构造后寻找缺失煤层的一种最有效的地质超前预报方法。井下钻探可以向多方向钻孔，弥补了地面垂直钻探的局限性。

2 煤巷掘进小型断层的判别

在掘进过程中，巷道前方的隐伏断层通常都会造成对盘的地层错动，若断层的落差较大时，则对盘的煤层不易查找。因此，对于确定断层性质，及寻找断失翼煤层就成了决定巷道的掘进方向之关键。在实际煤矿工作中，通常采取的方法有以下几种。

2.1 煤岩层层位对比法

通过对煤岩层的对比研究，由其是对标志层、煤层及其围岩的研究，以便确定断层性质，来寻找断失翼煤层。例如同家梁矿12#层309盘区8901工作面沿12#层煤层顶板掘进,遇断后对盘岩性为灰色粉砂岩含少量水平层理,与其相隔70m的44337钻孔进行岩性对比后,我们确定了该岩层为厚度4.75m的12#煤层的直接顶，而非直接底的深灰色粉砂岩，因此工作面应该向前下方打钻探煤，以此确定掘进方向。

同家梁煤矿为多煤层开采的生产矿井,由于断层影响可能会把不同的煤层连接在一起,沿煤巷掘进易发生串层,而且不易误识别断层的存在。这时,可以根据煤层的结构、厚度及煤岩类型等标志来判断断层的位置、性质和落差。12#层309盘区8901工作面沿顶板掘进,施工约至940m处，遇一约断距为3-5m的正断层，见煤厚约为1.5m。该工作面所在的12#煤层的据钻孔数据我们可以得知正常厚度应为4.75m，半暗型,夹0.4m左右的Fe2S结核层，而14-2#煤层的厚度却应为1.58 m,暗淡型。据此，我们通过钻孔数据我们知晓了每个煤层的煤岩类型特点，可推断出断层的位置及断层性质。

2.2 断层面特征法

断层形成时，通常会在断层面及两侧形成断层角砾岩、擦痕、阶步、平行小断层、牵引褶曲等，这些都是可以作为断层性质及断失翼煤层的判断依据。

2.2.1 平行小断层

一般情况下，大断层的形成，常常会伴有一组或几组小断层同时出现，且断层性质与较大断层往往形同。据此我们可以对新揭露的大断层做出预判。例如同家梁矿12#层309盘区的5901巷道在掘进过程中初期揭露的都是一些较小的平行断层且断层性质相近，再加强支护继续掘进的过程中，且距离平行小断层较近的地方我们揭露了一个较大的断层。

2.2.2 牵引褶曲

在断层面附近的煤岩层由于受到牵引力的作用很容易形成像牵引褶曲这样的构造。该褶曲的弯曲端通常指向本盘的运动方向。且形成时常常需要两盘较大的挤压力才能形成沿断层面方向的牵引力，因此牵引褶曲在逆断层中出现较多。但在工作面掘进的过程中，煤层遇断前产状产生急剧变化，倾角变大，形成下坡。人们通常会认为这是牵引褶曲，且为逆断层。但是在有些情况下，我们通过对对盘打钻推断得知，为正断层，这中构造称之为逆牵引构造，是由于后期的构造改造形成。

2.2.3 断层面（带）特征

在正断层形成时通常会形成断层破碎带内含断层角砾岩及断层泥，在断层面上也同时会形成擦痕及阶步。据此我们也可以判断出两盘的相对运动方向。同家梁矿12#层309盘区的2901巷道掘进过程中遇断层,我们通过摸索断层破碎带内的条带状煤线,寻找到断失翼煤层。

3 巷道掘进过断方法及措施

3.1 掘进工作面过断方法

同家梁矿当掘进工作面遇断时，为不影响日后巷道的正常使用并且要尽量做到少掘岩巷和少丢煤，通常根据对盘是上升还是下降采取挑顶、卧底或是两者相结合的方式通过断层。特别是当掘进工作面从正断层上盘往下盘前进时或是从逆断层下盘向上盘前进时，为防止顶板冒落，要加强顶板支护。

3.2 掘进工作面圈定设计及现场施工方法

在掘进过程中，如若遇较大倾向断层且断距大于所在层煤厚或未来采高时，需进行重新圈面，将原有设计的工作面有断层一分为二，在断层对面另开切眼。

如果是断距大于所在层煤厚或未来采高的走向断层，工作面应以沿断层掘进的一条中巷作为界限，一分为二，分为两个子工作面。

对于断距大于所在层煤厚或未来采高的斜交断层，我们通常采取的方法与倾向断层类似，但是留有的断层保护煤柱范围会比较大，由于断层与工作面是斜交，故其两次留有三交煤，后期进行炮采，可提高回采率。

3.3 掘进工作面过断层的措施

现已同家梁矿北5905巷道过断为例，说明掘进巷道过断的措施如下:

掘进对组在掘进北5905巷时，掘进至118-9#测点点前47m，工作面出现一条正断层，落差15cm，走向与掘进方向大角度相交；工作面有30cm厚的灰褐色粘土质砂岩伪顶，岩石偏软，上部发育有15cm厚煤线。经现场观测决定采用挑顶的方式过断，挑顶后巷道高度不得超过3.2m。过断期间必须铺设菱形金属网，其他支护形式不变。施工工艺如下:

1)严格执行每掘进1米，施工一组永久支护，严禁空顶及超空顶作业。

2)顶板破碎处必须铺设整体金属网。金属网要铺平、铺展，紧贴顶帮，搭接长度为10cm，必须使用专用联网丝，孔孔相联，双丝双扣，绑扎牢固，绑死扭结不少于3圈。顶网与帮网搭接在距顶板40cm处，严格按照联网工艺搭接，并用护帮板压紧。

3)巷道支护必须严格按质量标准要求进行施工。每根锚索的预紧力不得小于10T，每根锚杆的预紧力不得小于7T。否则，必须重新补支护。

在继续掘进至118-10#测点点前48m处，由于受断层构造影响，顶板破碎。经现场观测，断层与掘进方向大角度相交，落差0.5m，断层上盘最下层为泥质粉砂岩伪顶，力学性质极差，结构破碎，软弱层厚度超过1m。如图1所示。实际施工过程中，为保证支护质量以及后期施工安全，决定从118-10#测点向里42m开始补架矩形U29三节可缩性金属棚。

118-10#测点向里42m开始补架矩形U29三节可缩性金属棚直到通过顶板破碎区域，规格见支护断面图。补架U29棚按0.8米棚距进行架设。每组棚必须使用拉杆进行硬连接。U29棚每个接口用三个卡子固定牢固，棚后使用半木和长的坑木进行密背与巷顶帮背紧。架棚后巷道净高不低于2.7m。以后就按此方法进行架棚作业。架棚有关技术要求如下:

1）棚间净距为0.8m，相邻棚之间要上好5根拉杆，且必须使用硬连接；

2）架棚时必须拉开中线按要求立好棚腿，并用拉杆把棚腿固定牢，按40cm的搭接长度把棚子组装好；

3）棚腿要支在实底上，局部棚腿窝较深处可用平的大块矸石配水泥砂浆充实加垫，以使棚腿高度保持一致，两侧棚腿迈步一致，并避免前倾后仰；

4）U型棚组件之间搭接压茬长度均为0.4m，分别用三道专用卡子用双螺母连接紧固；

5）U型棚要用半木密背，棚腿与帮之间用坑木背紧刹牢；

6）局部地点因空间不足无法用坑木时可用半木密排背紧刹牢，U型棚密排铺设的半木不得有松动现象；

7）封闭围岩紧贴棚子的半木排列要整齐有序、美观；

8）架棚要按中线进行架设，保证两侧棚腿侧面成一条直线；

9）在巷道超高处必须按措施进行砌墙铺底。但砌墙必须砂浆饱满，保证宽度。

图1 工作面断层剖面图

4 结束语

实际应用过程中，以上各种断层判断及处理方法都各具局限性。岩层层位对比法应用的最为普遍，效果也较好，而牵引褶曲、平行小断层法应用不当较易造成误判。为了确保对断层识别判断准确无误,对断层处理恰到好处,在生产实践中,经常采用以上几种方法综合进行分析判断,以便互相补充验证,避免因断层判断处理不当而造成无效进尺或安全问题。