矿井大断面巷道机械化掘进过断层群技术探究

李国平 程铁军

（河南能源集团焦煤鑫珠春公司，河南 焦作 454000）

某矿井煤层平均厚7.0 米，通过大采高液压支架实施回采。有关资料显示，该矿区两个接续工作面受落差超过17 米的大断层切割。 并且该矿是大采高重型工作面（7m），要求的巷道断面大， 巷道掘进及支护等工作具有非常大的难度。 考虑到上述问题，该矿通过改善支护、科学组织等策略，使大断面巷道机械化掘进快速过大断层群得以实现， 为该矿健康持续发展打下了基础。

1 断层、巷道状况

1.1 断层群简介

DF3 断层：正断层，倾角69°，落差处于3.1-17.6 米范围内，延伸超过4.1 公里；经预测，断层和两个连续工作面的落差大约为17 米。F31 断层：为次生断层，倾角59°，落差处在1.4-5.1 米，延伸超过1.7千米。 两个断层近似平行。 别的断层局部发育，落差处在1.2-3.0 米范围内，基本上和上面两个平行。 断层面附近裂隙发育，主要是泥岩、粉砂岩。

1.2 巷道简介

52306 工作面回风巷、52305 工作面运输巷断面形状及支护见下图。

图1 断面形状及支护示意图（mm）

运输巷与回风巷在正常段掘进过程中，都顺着煤层底板的方向进行，坡度大致为水平；以≤6.0°的坡度进入断层区，当到达上盘煤层以后依旧顺着煤层底板方向掘进。

1.3 巷道和断层的位置关系

按照钻孔分析，DF3 断层群和52305 运输巷、52306 回风巷成8°角彼此交叉。 在层位上，因每一个断层都属于正断层，所以两巷道都为先进入断层下盘后到上盘。

2 施工难点与方案

2.1 主要难点

第一，DF3 断层落差大，具体地质状况不明确，同时钻孔相对较少。 并且DF3、F31 断层交错，在巷道掘进向摆动，很难确定掘进变坡位置。 要是过早变坡，那么会使掘进岩石量大幅提高，使得过断层工期延长；变坡太晚，巷道坡度大，仍然要进行二次拉底，使得掘进工程量有所提高。

第二， 断层走向和巷道夹角相对较小，52305 工作面运输巷、52306 工作面回风巷在断层范围内掘进距离长。

第三，巷道断面大，周围裂隙发育，顶帮破碎，非常难于进行支护，使得掘进工作中很难进行安全管理。

2.2 施工方案

第一，确定巷道变坡位置与坡度。 （1）按照连采掘进设备爬坡能力与支架搬运车运输坡度要求，确定爬坡坡度≤6.0°。（2）按照断层和巷道的交叉点， 并且兼顾割岩量最小， 来确定变坡位置。因DF3 断层落差大约是17 米，比煤层厚度大，所以交叉点为依据变坡位置进行确定。按照探巷揭露DF3 断层状况，确定坡度5.5°，起坡位置为巷道26 联巷中心线向前8m。

第二，生产组织。 为使过断层群的掘进效率提高，变坡之后，该矿通过两支掘进队分别掘进一条巷道，主要通过机械化进行掘进，确保能够在不利条件下顺利掘进，将接续紧张的问题解决。 为防止两队伍上煤过程中彼此影响，再为综掘队配备一套胶带机来上煤， 利用转载胶带机与52305 工作面运输巷胶带机搭接。 两队通过各自的通风机压入式进行供风。

3 巷道快速过断层技术

3.1 巷道掘进

第一，连续采煤机掘进。

（1）割煤：断层面处于右帮侧时，应当首先在左侧切槽，再右侧采垛；当处在左帮侧时，与上面相反。 掘进的时候，首先利用切槽工序掏出掌子头煤体，增加另一侧岩体的自由面，从而使采垛效率有所提高。

（2）装煤：这一个环节主要通过连续采煤机进行。

（3）运煤：通过梭车进行，梭车把煤传输至给料破碎机上，破碎之后传输至胶带输送机运出。

（4）循环进度：进入半煤岩巷后，按照施工现场实际的顶帮状况对循环进度进行调整，保证其在5 米以下；揭露断层面后，变成2 米，短掘短支。

第二，综掘机掘进。

（1）割煤:为降低割岩对器械的影响，过断层的时候先割下部的煤（沿底板自左而右），接着割上部的，以有效利用掏出的下部空间为上部营造好的条件。 这样能降低功耗与器械损害，并且还能降低顶板暴露时间。

（2）装煤：通过综掘机实现该环节。

（3）运煤：综掘机→防爆自卸工程车→给料破碎机→巷道胶带机。

（4）循环进度：按照顶帮稳定状况来确定，当其相对稳定时，确定为3 米；当其相对破碎时，确定为2 米或1 米。

3.2 巷道支护

第一，按照对断层的预测，在断层和巷道距离大于一百米，顶帮不受断层影响前提下，通过正常的方法进行支护。 顶板通过“锚杆+铅丝网+锚索+圆钢钢带”方面进行支护。 正帮通过“玻璃钢锚杆+塑料网+木托盘”进行支护；负帮通过“圆钢锚杆+钢筋网”进行支护。

第二，伴随不断掘进，断层和巷道两者的距离不断降低，前者对后者产生的影响不断增加，顶帮不稳定。 在这个时期，利用对支护参数进行调整的方式提高支护效果。 顶板通过“锚杆+钢筋网+锚索+W 钢带”的方法进行支护。 正帮通过“玻璃钢锚杆+塑料网+木托盘”进行支护，负帮通过“圆钢锚杆+钢筋网+帮锚索+竖向钢带”进行支护。

第三，当巷道过DF3 大断层的时候，断层面出现破碎，同时片帮逐渐变得明显，利用选择新的支护材料、对支护参数进行调整等方式提高支护效果。 顶板通过与第二个阶段相同的方式进行支护。 锚杆间排距有所增加， 锚索间排距有所减小， 主要以“井”型来提高支护效果，并且配备树脂锚固剂。 正帮和负帮的支护与第二阶段的方式相同， 不过锚杆间排距和帮锚索间排距有所减小。 同时，帮锚索通过三花眼的形式来设置，钢带彼此之间搭接。

4 结语

本文阐述了断层、巷道状况，指出施工难点与方案。 在此基础上，细致深入地提出巷道快速过断层施工技术，以期为大断面巷道机械化掘进过断层群提供指导和借鉴。