煤矿特殊构造巷道施工技术

祝刘兵

(山西西山煤电股份有限公司西曲矿)

煤矿特殊构造巷道施工技术

祝刘兵

(山西西山煤电股份有限公司西曲矿)

煤矿巷道施工工程作为煤矿开采工作中最为重要的环节之一，极大影响着煤矿的生产效率和生产安全。针对煤矿特殊构造的巷道，从过断层、陷落柱等特殊地质构造方面考察煤矿巷道施工技术要点，列举工程实例进行施工技术剖析，为类似结构的煤矿巷道施工提供参考。

煤矿巷道 特殊构造 施工技术

长期以来，在我国煤矿巷道施工过程中，经常遇到陷落柱、断层、顶板破碎区、含水层、矿压显现区等特殊的地质构造。以煤矿断层和陷落柱两类构造为例，对煤矿巷道施工技术措施进行分析。

1 过断层施工

1.1 工程概况

凤凰山矿92304工程工作面长1 710 m，煤层倾角为1°～5°，倾斜长260 m，开采的9#煤层埋深约300 m，煤层平均厚1.5 m。在对工作面顺槽布置时，考虑沿9#煤层顶板方向进行，将石灰岩作为直接顶层，厚1.0 m，砂质泥岩作为老顶层，厚7 m。工作面顺槽断面形状为矩形，进风顺槽尺寸为5.2 m×2.3 m，巷道采用树脂加长锚固锚杆组合锚索支护方式，锚杆排距为1.2 m，锚索间距为3.6 m。巷道支护断面如图1所示。

图1 巷道支护断面示意(单位：m)

巷道掘进至进风顺槽600 m时，遇到落差为3.5 m、倾角50°、倾向SE70°、走向NE20°的正断层，该断裂面在附近的煤层倾角呈变大趋势，紊乱且厚度变薄，煤矸杂生现象明显，且顶板及其巷帮均呈现破碎现象。

1.2 巷道支护设计与施工

1.2.1 方案设计

由于92304工作面以3°下山掘进作业，进风顺槽参照标准正常有效，煤层倾角在遇到断裂面之前突然增大，初步判断是由于煤层局部变化所致，未进行深入考察分析，仍沿顶板继续掘进巷道，直至发现煤层出现逐渐尖灭现象才停止掘进工作。经验证判别其为正断层之后，及时调整巷道施工方案，由于工作面已施工至断层上盘断裂面处，为了完成与下盘煤层的接轨工作，巷道坡度调为6°，便于日后安装皮带运输[1]。因施工过程中调坡段需经过断裂面处，该处顶板不够完整，并且巷帮煤层与岩体接触极为疏松，易出现掉落，不适合选用常规掘进方式与锚杆支护方式。为此，本工程后续巷道施工中采用台阶法二次成巷掘进方式与锚网喷联合支护方式，过断层平剖面如图2所示。

图2 过断层平剖面示意(单位：m)〗

1.2.2 施工技术

在遇到断层之前，掘进时通常采用AM-50型掘进机进行一次成巷施工，因该断面层的巷道多为岩巷，爆破掘进方式更为适合。对于巷道施工采用掘进与支护单行作业的方式，每掘进1.0 m之后，再进行顶板锚杆和挂网施工，完成巷道顶板支护工作后，自上而下进行两帮的锚杆和挂网施工。而下一循环施工在全断面支护施工完成后进行，顶板支护锚索施工需在每完成掘进和支护2排锚杆之后及时进行。

此外，因9#煤层接替巷道顶板的位置，对于断裂面下盘侧，在受到构造应力的作用下，疏松、破碎的煤质会随着掘进的进行不断冒出，推挤高度可达6 m。巷道施工时采用台阶法二次成巷掘进，首先应爆破崩出巷道上部的9#煤层，随后进行锚杆锚索支护完成台阶上方的煤层顶帮施工作业，尽可能缩短围岩的裸露时间，避免发生冒顶和片帮事故；然后针对巷道下部的岩体台阶进行放炮崩落工作，进一步完成巷道两帮的补打锚杆挂网施工任务。

2 过陷落柱施工

2.1 工程概况

2.1.1 工程特征

山西沁源留神裕煤矿设计0.9 Mt/a的生产能力。采区巷道施工中，在1201采区运输巷道和轨道巷道中，遇到特殊地质构造陷落柱，由于该2条巷道长均为850 m，宽3.6 m，高3.3 m的梯型断面，采用锚网喷支护方式，φ45 mm×1 800 mm管缝锚杆，锚杆间排距为900 mm×900 mm，并喷射100 mm厚的C18混凝土，用于永久支护施工。在遇到陷落柱之前，原设计方案是采用18#槽钢架棚作为临时支护方式，而永久支护则采用锚网喷。

2.1.2 陷落柱特征

①夹泥砂，岩体较为破碎，边缘岩层较为紊乱；②弱含水，围岩稳定性较差，边缘岩体强度极低；③内岩石见风见水易风化，风化后岩体强度极低；④特殊地质构造的陷落柱深部未暴露部分的岩层，稳定性较好；靠近特殊地质构造的陷落柱围岩稳定性较好，岩体强度较高，核部岩层完整[2]。

2.2 巷道支护设计与施工

2.2.1 方案设计

调整后的施工方案为：①支护施工地区设置于距特殊地质构造陷落柱近6 m处；②超前临时支护施工采用管缝锚杆应用于特殊地质构造陷落柱的边缘处；③为了减少围岩震动现象，选取放小炮配合风镐进行掘进施工；④选择短段掘进方式加强永久支护，采取一掘进一支护的施工方式，严格控制每循环进尺；⑤可在出水点处埋设导水管进行导水施工；⑥原设计方案施工采用锚网喷支护技术，喷射100 mm厚的C18混凝土，改为采取复喷射50 mm 厚C18混凝土用于永久性支护施工，并且在接近特殊地质构造的陷落柱6 m处进行;⑦采用尺寸为φ45 mm×3 800 mm的管缝锚杆,顶部超前30°角进行支护施工，选择直径为φ42 mm的锚杆孔，锚杆间排距设置为900 mm×900 mm，与原施工锚杆插花布置，完成永久性支护的强化工作;⑧为了进一步减轻围岩的风化程度，采用间排距为φ600 mm×600 mm的超前锚杆进行打干眼施工作业，采用短段掘进施工。超前加强支护原理如图3所示。

图3 超前加强支护示意(单位：m)

2.2.2 施工技术

考虑到陷落柱易风化的特点，及时封闭围岩，尽可能缩短围岩的裸露时间。采用短段掘进、一掘一支以及埋设导水管的施工方式，编制班组每班8 h，掘进、支护循环进尺设定为1.0 m。

(1)对于短段掘进施工部分，掘进进尺控制在1.0 m以内，超前距设置为300～ 450 mm，编制炮眼布置图参照岩石坚固性系数(1～3)及炮眼深度(1.1～1.0 m)进行。

(2)对于一掘一支施工部分，在掘进后需及时进行锚网喷支护施工，初喷C18 混凝土厚为50 mm。

(3)对于埋设导水管施工部分，采用管缝锚杆以对点的方式进行涌水点施工，采用C18混凝土进行喷射封闭固定导水管根部和锚杆尾部。

3 结 语

煤矿特殊构造巷道的掘进施工过程较为复杂，以断层和陷落柱为例，对巷道施工技术进行了深入研究，对于类似巷道施工具有一定的借鉴价值。

[1] 李志深，孙广京，刘金海，等．深井大断面煤巷围岩控制技术[J]．煤炭科学技术，2012(9)：24-27．

[2] 《煤矿安全规程》编委会．煤矿安全规程[M]．北京：煤炭工业出版社， 2010．

2015-04-09)

祝刘兵(1985—)，男，工程师，030200 山西省太原市古交市。