厚煤层掘进巷道过断层施工工艺研究

贺 懋

（大同煤矿集团虎龙沟煤矿，山西 怀仁 036000）

1 概述

虎龙沟煤矿21501巷位于井田东盘区，工作面东部为实煤区，南部与盘区东轨道大巷相接，西部邻近81503工作面采空区，北部邻近塔山煤矿二盘区。工作面上覆实体岩层，下覆8#层为实体煤。

21501巷设计长度为1400m，巷道断面规格为宽×高=5.0×3.1m。巷道掘进煤层为5#煤层，属复杂结构煤层，煤层平均厚度12.7m。煤层中普遍含有3～4层夹石，夹矸总厚度为2.3m。煤层顶底板岩性如表1所示。21501巷沿5#煤层底板，以该层夹矸为顶板平行掘进，巷道平均倾角为3°。

根据矿地测科钻探发现，21501巷从开口往里掘进至534m时，揭露一条正断层F7，其中H=2.0m，∠52°，断层覆盖施工长度范围达到38m，断层处顶板为煤顶，顶板极破碎。为确保安全顺利过断层，决定采用留顶煤俯斜爆破掘进施工工艺，优化支护设计、施工人工假顶等措施。

表1 5#煤层顶底板岩性柱状表

2 留顶煤俯斜爆破施工工艺

（1）当巷道掘进至524m处且工作面顶板永久支护施工到位后，在工作面施工三排俯斜爆破钻孔。钻孔深度为1.0m，每排布置8个，间距为0.6m，钻孔排距为1.0m，第一排钻孔距顶板间距为0.5m，钻孔俯角为6°。如图1所示。

（2）爆破钻孔施工完后，及时对钻孔内填装乳化炸药、雷管并对钻孔封孔处理，每个钻孔装药量为300g，炮孔采用炮土、水炮泥进行封孔处理，封孔长度为不得低于0.5m。

（3）钻孔装药完成后，依次对钻孔进行爆破施工。为了保证爆破施工安全，每次允许爆破炮孔数量不得超过5个，全断面爆破完成后及时清理工作面煤矸石，补打顶板永久支护，每茬爆破进度控制在1.0m。

（4）为了保证巷道爆破施工安全，在爆破施工前必须安排专职人员在所有可能进入爆破点的入口拦人设警戒，警戒距离不得低于120m。爆破施工时必须严格执行“一炮三检”“三人联锁”放炮制度。

（5）爆破钻眼时严格掌握钻孔倾角，同一排钻孔倾角允许误差不得超过±1°。工作面爆破施工后必须及时补打永久支护，严禁空顶作用，最大空顶距不得超过0.5m。爆破后支护施工前在工作面端头必须安装丝杠式前探梁超前支护进行临时顶板维护。

图1 21501巷留顶煤俯斜爆破法过F7正断层剖面示意图

3 留顶煤俯斜掘进支护措施

为了提高21501巷俯斜掘进期间顶板稳定性，对巷道原支护设计进行优化，并通过施工人工假顶、注浆等措施进行加强支护。

3.1 支护设计优化

（1）原巷道顶板支护形式。顶板“W”型钢带规格4800×250×4mm（5眼），钢带上铺设顶菱形金属网长×宽=6700×1200mm（网孔50×50mm）；钢带排距为1000mm；顶锚杆规格Φ22×2500mm。护帮锚杆两帮各打三排，间排距1000×1000mm；最上排（第一排）锚杆距顶板距离为300mm；顶打锚索支护三排，间距×排距=1600×3000mm。

（2）优化后支护形式。顶板锚杆更改为锚索，尽量缩小掘进距离，达到支护距离后及时支护控制管理顶板。根据顶煤层厚度增加情况，顶煤层厚度从0增加至2.0m时，更改顶板锚杆Φ22×2500mm为顶锚索Φ17.8×5300mm，如图2所示。

图2 优化设计后顶板永久支护平、断面示意图

3.2 人工假顶施工工艺

（1）人工假顶锚索吊棚的施工工艺。人工假顶由锚索吊棚及4.5m长三眼11#工字钢梁构成，工字钢梁每隔1.5m施工一架，锚索钢绞线规格为Φ17.8×5300mm，预紧力10t以上，锚固力17MPa以上；锚索采用一支MSCK2335超快速树脂及两支MSK2360快速树脂锚固。

（2）铺设4.5m长11#工字钢梁施工8根。人工抬运工字钢梁到人工假顶区域底下，同时超高部位搭建工作平台；在施工现场利用掘进机为工作平台，施工人员站立在掘进机上；人工抬工字钢梁至锚索吊棚下方，上好工字钢梁；然后利用锚具锚固，保证人工假顶底平面在一水平面上，与巷道顶板保持在同一个水平面范围内。

（3）巷道顶板预注浆工程。人工假顶施工完后，对假顶孔隙处采用高压注浆泵向其填充罗克修膨胀剂，通过施工膨胀剂后提高假顶与顶煤粘合能力及性能。注浆施工工艺：① 向假顶空间内部埋设注浆管→安装封口器→用高压胶管连接注射枪和注浆泵→将吸管插入装有罗克修膨胀剂桶内→开泵注浆→冲洗机具→停泵→拆卸注射枪。② 严格控制注浆压力，当压力达到5～8MPa或出现大面积漏浆时（漏浆量等于泵的注入量），可更换另外一个地点注浆或者停止注浆；注浆顺序：按照由内而外的顺序进行。每个假顶注浆充填完毕后，利用机油对所有的管路进行清洗一遍，确保管路无浆液残留造成管路堵塞。

4 结 论

大同煤矿集团虎龙沟煤矿在21501巷过F7断层时采用留顶煤俯斜爆破施工工艺，对俯斜掘进期间顶板永久支护进行优化并采取人工假顶的方法进行加固，取得了显著成效。

（1）与传统直接破岩过断层法相比，采用留顶煤俯斜爆破掘进法过F7断层，减少了巷道掘进时底煤遗留量，保证了工作面回采时能够沿5#煤层底板回采，减少了采空区遗煤量，提高了煤柱回采率，同时提高了巷道掘进效率，避免了破岩时机械设备损毁以及增加矸石运输量。

（2）对施工巷道顶板原支护设计进行优化，采用锚索代替锚杆支护，提高了顶板支护效果，加强了锚索在顶煤支护中悬吊、组合梁作用，提高了顶板稳定性，防止了顶板离层、下沉现象。

（3）通过施工人工假顶保证了俯斜掘进期间顶板平直性，人工假顶锚索吊棚对顶板起到进一步加固作用，解决了顶板破碎时金属网、钢带支护效果差、顶板下沉现象严重等技术难题；采取注浆的方法对假顶孔隙处进行充填，注浆膨胀后可与破碎顶岩进行充分粘接，有效地加固松动围岩，使围岩成为整体，提高了围岩的整体承载能力，防止了顶板垮落事故发生。