掘进工作面过断层破碎带安全技术措施探讨

邵继华

（大同煤矿集团生产技术处，山西 大同 037001）

大同煤矿集团塔山煤矿2301巷位于井田三盘区，巷道设计长度为1720m，巷道宽度为4.5m，巷道高度为4.2m，巷道为矩形断面，工作面煤层平均厚度为3.2m，属石炭二叠纪煤层。2301巷由雁崖矿机掘三队采用综合机械化掘进工艺，巷道施工期间采用锚杆、锚索联合支护，顶板每排施工五根长度为2.5m左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间距为1.0m，每排锚杆配套一根长度为4.2m“JW”型钢带，钢带间距为1.0m，顶板每排施工三根锚索，锚索长度为5.3m，锚索间距为1.8m，锚索排距为3.0m，截至目前2301巷已掘进450m。

2301巷顶板存在伪顶，平均厚度为0.5m，主要以泥岩为主的软弱岩层且极易垮落。工作面直接顶主要以炭质泥岩 、粉砂岩混合层为主，岩石层脆性大，在采动应力作用下直接顶会出现局部离层、下沉现象。根据塔山矿提供地测资料显示，2301巷掘进至470m处将揭露一条逆断层，断层落差为1.5m，断层倾角为60°。当巷道掘进至430m处时施工巷道顶板出现局部破碎现象，当巷道掘进至450m处时施工巷道顶板出现大面积破碎并伴随着局部冒顶现象，此时巷道顶板永久支护困难，锚杆、锚索支护失效现象严重，若继续掘进不仅降低了巷道掘进效率，而且再接近断层破碎带时很容易造成顶板大面积垮落事故发生。对此大同煤矿集团生产技术处通过技术研究，决定对2301巷过断层期间采用注浆+钢棚联合支护方式，并采取合理有效安全管理措施，力求保证巷道安全高效掘进。

1 2301巷过断层期间支护优化设计

1.1 深孔注浆支护

深孔注浆支护主要是在工作面距顶板一定距离以一定角度施工长钻孔，在钻孔末端到达预定断层破碎带区域时，采用高压注浆泵对钻孔内注射凝固液，从而达到超前对断层带破碎岩石层加强胶结性目的。2301巷深孔注浆支护施工方法如下：

（1）2301巷巷道掘进至460m处时，开始施工深孔注浆支护。注浆钻孔长度为8m，钻孔Φ70mm，钻孔布置在距工作面顶板0.8m处，每排布置4个钻孔，钻孔间距为1.3m，钻孔与工作面成10°仰角布置。

（2）为保证注浆效果，工作面注浆钻孔施工完后对钻孔内壁安装孔套，孔套安装至距钻孔末端1.0m停止安装，钻孔孔套安装后开始对钻孔进行注浆。

（3）2301工作面注浆原料采用以马丽散及催化剂为主的混合液，采用高压单缸注浆泵进行注浆，注浆压力不得低于3MPa，在注浆过程中工作面煤体出现浆液渗透时停止注浆并及时对注浆钻孔进行封孔。

1.2 架设11#工字钢棚

（1）工作面注浆5h后，采用松动爆破掘进。爆破施工时，每茬进度不得超过1.0m。为保证工作面过断层带顶板安全，当工作面掘进至465m处时开始架设11#工字钢棚。

（2）工字钢棚主要由棚腿、棚梁组成，棚腿与棚梁之间采用卡缆进行连接。为确保架棚后钢棚稳定性，在架设钢棚前对棚腿底座处进行起底、浇筑，起底深度为0.3m，起底后将棚腿底座埋入起底处并进行浇筑。

（3）棚腿长度为4.0m。为防止棚腿架设后摆动，棚腿与巷帮之间采用U型钢进行固定，两帮棚腿架设后开始架设顶梁，同样顶梁与工作面固定板采用U型钢进行固定。

（4）第一架钢棚架设后开始架设第二架钢棚，相邻两架钢棚间距为1.0m，钢棚与钢棚之间采用两组连接杆进行联锁固定。当工作面过断层带5m后停止架设钢棚，共计架设11#工字钢棚10架。

（5）所有钢棚架设完后在钢棚顶梁与顶板间隙处填塞水泥背板，水泥背板长度为1.2m，宽度为0.3m，背板与背板之间间隙不得超过0.2m。

2 安全管理措施

（1）2301巷在揭露断层前50m必须进行巷道超前钻探，钻探长度不低于30m。每钻探30m巷道掘进10m。探放钻孔设计参数必须合理，确保对断层区域进行全方位钻探，及时发现断层裂隙充水。

（2）在过断层期间必须加强顶板永久支护效果观察，认真对工作面5m范围内顶板锚杆、锚索进行拉拔力实验，在拉拔试验过程中出现支护失效时必须及时进行补打，并进行记录。

（3）工作面在施工注浆钻孔时，必须确保钻孔参数符合实际要求，特别是钻孔末端必须处于断层破碎区域，两帮钻孔必须与巷帮成一定夹角，确保注浆区域成扇形布置。

（4）采用爆破掘进施工时必须严格执行“一炮三检、三人联锁”放炮制度，爆破时必须设拦人警戒，警戒距离不得低于75m，采用正向装药松动爆破方式。

（5）工作面爆破孔深度为1.0m，每个爆破孔填装1支药卷，爆破孔口必须采用炮土、水袋进行封孔，每次爆破炮孔数量不得超过5个，炮孔之间采用串联连接方式。

（6）在架设11#工字钢棚时必须协调好施工工艺，特别在人工上钢棚顶梁时必须搭设工作盘，严禁采用油桶代替，上顶梁时两人抬梁，两人分别在两帮采用卡缆将其与棚腿进行固定。

（7）11#工字钢棚架设完后，必须每班安排专职人员对钢棚变形情况进行观察、记录，在断层带处钢棚受压大变形严重时，必须在钢棚下方添加棚腿，钢棚与棚腿之间卡缆预紧力必须符合设计要求，一般不得低于200N·m。

（8）工作面在过断层期间，每班必须安排专职的瓦检工对工作面瓦斯进行检查，特别是在工作面爆破前、爆破后对爆破地点瓦斯浓度进行检查，若瓦斯浓度超限必须立即撤人。

3 结束语

同煤集团生产技术处对塔山煤矿三盘区2301巷过断层破碎带措施进行了研究，提出了注浆+架棚联合支护方式对断层破碎带顶板进行加强支护。实践证明，采用该联合支护，解决了传统支护过断层带时支护难度大、支护效果差等难题，保证了施工巷道安全顺利过断层破碎带，加快了巷道掘进速度，降低了过断层破碎带时机械设备损坏率，取得了显著的经济、安全效益。