煤巷掘进过断层技术探讨

孙景华

摘 要：在巷道遇断层时，采用后退挑顶法通过断层，成本低、支护效果好，而且施工工艺简单。通过综合考虑断层的性质、落差大小及矿井接续安排，采用后退挑顶法处理断层，可以顺利通过断层段的施工，确保施工期间围岩的稳定性和施工安全，加快掘进速度，从而保证矿井的生产接续。

关键词：沿煤层底板掘进；过断层；安全生产

一、断层对掘进施工的影响

（一）支护困难

当巷道掘进施工遇到不同程度的困难的时候，特别是对于煤巷的掘进工作面遇到有比较难过的断层时，这样会对工作面有很大影响，最终使得工作面的掘进方向发生很大的偏移，这时候必须对工作面的上山进行追煤掘进。众所周知，锚杆支护是一种相对木支护的主动支护，它是煤矿用于巷道支护的最有效的方式之一，在煤矿中得到广泛的使用，锚杆支护的主要作用有利用悬吊理论，将直接顶较为软弱的岩层能够悬挂在相对坚硬的基本顶上，这样能够使得更加稳定坚硬，锚杆顶部用锚固剂锚固好，增强下面软弱岩层的稳定性，从而起到有效的支护作用。如果上部岩层的基本顶破碎，这样会使得悬吊理论失效，同时失去锚杆支护的作用，不能够起到很好的支护作用。巷道顶部得不到安全有效的支护。

（二）影响施工进度及安全

沿掘进施工方向断层造成煤层下移时，必须以下山角度破岩施工追煤掘进。巷道底部容易存在积水，造成底部钻孔易进水，爆破装药困难，爆破效果差，严重影响施工进度。另外，由于底部钻孔易进水，固定刮板输送机尾部的地锚锚固效果变差，容易抬甚至被拉翻，不利于施工安全。

二、案例分析

开滦荆各庄煤矿东翼运输大巷南邻东翼轨道大巷，顶板为细砂岩、中细砂岩，胶结较好，比较坚硬；底板为灰白色中粗粒砂岩，较坚硬；煤层以暗煤为主，具镜煤及亮煤，沥青光澤，棱角状-贝壳状断口，条带结构，层状构造，水平层理，外生裂隙发育，密度大，质硬，煤层上部含暗煤成分多，中下部则以亮煤成分居多。巷道掘进至450m位置时，遇到一处正断层，断层落差2.2m，倾角70°，断层面与掘进巷道斜交30°。

（一）断层形成及特点

断层的形成，主要是因为当岩石受力超过其承受力时，产生破裂，形成微隙，当许多微隙连在一起时，就形成一个断面层。断面层两侧会产生滑动，根据滑动的方向，断层可分为正断层和逆断层。正断层：即断层面上盘相对下盘沿断层面向下滑动的断层。特点：产状较陡，通常在45°以上，而以60°左右较为常见。逆断层：即断层面上盘相对下盘沿断层面向上滑动的断层。特点：产状一般较缓，大多45°。

（二）断层揭露及过断层方案

东翼运输大巷沿煤层底板掘进，煤层倾角较小，煤层底板为细砂岩，岩石硬度7.5。巷道施工断面为矩形，掘进宽4.7m、高3.1m。掘进迎头遇一处正断层，断层落差2.4m，倾角70°。根据断层情况，提出如下两种过断层方案：

方案1：退后10m从变坡点处按0腰线破岩掘进，即后退卧底法，以保证运输大巷皮带安装及正常使用，确保巷道不留积水，整体为下山巷道。

方案2：从断层面退后5m挑顶按8°上山掘进，直到遇到煤层底板时再沿煤层底板掘进，即后退挑顶法。

（三）方案的比较与选择

通过沿巷道掘进方向用钻机打探钻及无线电波透视探测技术，确定掘进前方岩石长约40m。

1.方案1优点与缺点

优点：保证巷道整体平直，无起伏，无积水，不需要在巷道中间施工水仓。缺点：退后卧底时，底板岩石较硬，向前掘进破岩较多且破岩掘进距离较长，只有用炮掘代替综掘，用综掘机出渣（矿方无岩巷扒装机等设备）影响出渣速度，从而影响掘进速度，进而影响整个

矿井的采掘生产接续计划。

2.方案2优点与缺点

优点：破岩掘进距离较短，影响掘进单进水平的时间较短；雷管、炸药的使用量较少，便于对爆炸材料管理；不需要安装岩巷扒装机等设备。缺点：需要在大巷变坡点处施工临时水仓并安装排水泵；挑顶预计用时8h，影响掘进速度。

（四）方案选择原则

确定方案的原则：安全较为可靠，利于顶板管理及安全管控；减少设备损耗，设备管理较为可靠；加快掘进速度，为矿井采掘接续计划提供保障。过断层方式的几个原则：根据顶、底板的软硬程度，若底板较软，综掘机以容易割底矸、机掘以容易卧底为宜。挑顶卧底坡度与巷道用途和掘进机使用要相适应。

后退卧底法：沿掘进施工方向，断层造成煤层下移时，采取后退卧底法过断层，待卧底掘至断层面时，巷道顶部将恰好达到断层面上盘煤层顶板，锚杆支护用于煤层顶板，从而使锚杆起到应有的支护作用。有效可靠地支护。该方法适合于断层面造成掘进施工方向上的煤层下移时。当卧底至断层面时，巷道的顶部刚好到达断层面的上盘的煤层顶板，可使用锚杆支护顶板，保证支护的稳定之后，便可继续向前掘进。该方法也可用于当断层面造成掘进施工方向上的煤层上移的时候。

后退挑顶法：沿掘进施工方向断层造成煤层上移时，待挑顶掘至断层面时，下盘煤层顶板，继续向前掘进时，锚杆支护用于煤层顶板。从而使锚杆起到应有的支护作用，使断层面附近顶板得以有效可靠地支护。这种方法适合于当断层面造成掘进施工方向上的煤层上移的时候。当挑顶至断层面的时候，巷道的顶部刚好到达断层面下盘的煤层顶板。使用锚杆支护顶板，保证支护的稳定之后，便可继续向前掘进。

（五）方案的确定

根据东翼运输大巷所遇断层实际情况，通过对后退卧底法和后退挑顶法2个方案优缺点进行比较，最终确定采用方案2（后退挑顶法）作为巷道过断层的方案。

（六）效果分析

通过实际施工，在巷道下半部采用震动炮破岩，综掘机装岩出矸，放炮时采用“多打眼，少装药”，减少每孔的装药量，降低因放炮对断层带附近破碎顶板的震动；巷道上半部使用综掘机切割成巷。使用该方法掘进10m后便可沿煤层底板掘进，使用该方案比方案1节省1个月的时间，减少了购买岩巷扒装机的费用，保证了掘进速度，从而保证了矿井的生产接续。

三、提高煤巷掘进进尺

选好用好性能优良的掘进机设备通过国产化合作，使用已有了较大发展，但我们还要与掘进机的发展趋势有效结合起来。我们应当注意到，当前掘进机发展的趋势是：扩大增加切割能力、提高采用高压水射流、发展自动控制，发展掘锚联合掘进机等。要提高综合机械化掘进法掘进进尺，形成一条机械化生产的掘进系统。同时还要抓好以下两点关键因素：

（一）选好转载运输系统

根据综掘机械化作业线主要类型有以下4种：一是掘进机+梭车的作业线；二是掘进机+刮板输送机的作业线；三是掘进机+胶带输送机的作业线；四是掘进机+矿车的作业线。前两种用胶带输送机时运输能力大。而用刮板输送机时变化大、长度较短的条件，两种输送机各有优缺点，要根据实际情况仔细分析论证，不能盲目选用。后两种矿车使用在小型矿井或在输送机运煤系建成之前。连续运输同样要根据实际情况，科学论证，要重视决策的重要性。

（二）炮掘进尺

我国目前煤巷及半煤岩巷仍多数使用钻眼爆破掘进法。正是由于这种掘进技术前期见效快，技术含量又不高，具体的操作工人又较容易掌握，所以，在许多煤矿比较受欢迎。因此，如何有效提高炮掘进尺是实现高产高效矿井一项值得重视和研究的技术，具有进一步推广的价值。要在钻眼爆破的设备和器材上有所保障，目前为减少钻眼产生的煤尘，应提高工人的精神状态，对提高效率和减少人的不安全行为也有益处。就这样可以提高工作效率。由于煤软，尽量不浪费物资和做不必要的运煤。还应当采用保边爆破，使用雷管一次放炮。这样就可以在钻跟爆破这个环节上节省时间，提高工效。

参考文献：

[1]宋建民，李保同.如何提高煤巷掘进进尺[J]，科技情报开发与经济，2008.

[2]张云峰.煤矿掘进迎头过断层技术探讨[J].中国科技投资.2012（24）

（作者单位：开滦（集团）有限责任公司荆各庄矿业分公司）