掘进巷道过断层破碎带安全技术研究

付 鹏

（山西高河能源有限公司，山西 长治 047100）

1 工作面简介

山西高河能源有限公司W4307回风顺槽设计长度为2066m，巷道断面规格为宽×高=5.0×4.5m。巷道掘进煤层为3#煤层，平均厚度为6.5m，距煤层底板1.15m有0.18m夹矸，夹矸为炭质泥岩。

3#煤层顶板含有伪顶，主要以炭质泥岩为主，平均厚度为1.25m；伪顶之上为细粒砂岩-砂质泥岩直接顶，厚度5.6m，灰色，中厚层状；基本顶主要以中粒砂岩-泥岩-砂质泥岩-泥岩-细粒砂岩-泥岩构成混合岩层，平均厚度为24.65m。

W4307回风顺槽在开口处向西810m（FH13导线点向前48m）处有Fw174断层。根据W4307回风顺槽现场揭露情况，Fw174断层为逆断层，断层落差约2m，倾角60°，断层走向为N4°E，与巷道夹角40°。预计巷道掘进过程中影响范围为揭露断层前5m，揭露断层后影响为25m，断层影响区域，煤质较破碎。

W4307回风顺槽采用综掘机沿煤层底板掘进，预计从W4307回风顺槽开口处向西掘810m（导线点WH13向前48m）揭露Fw174断层，揭露断层面后，巷道按6°下山留底煤掘进到下盘煤层底板后，继续沿煤层底板掘进。

2 过断层破碎区域支护措施

为了防止掘进巷道过断层期间顶板出现冒顶、垮落事故，决定过断层期间对施工巷道顶板采取注浆+架设钢棚进行联合支护。

2.1 注浆施工工艺

2.1.1 注浆钻孔位置

（1）顶板注浆钻孔。在W4307回风顺槽顶板向下0.5m处与顶板仰角斜25°施工4个注浆孔（注浆孔位置可根据现场实际情况进行调整），间距为1.0m，深度均为6.0m ,钻孔排距为3.0m，孔径Ф42mm。

（2）巷帮注浆钻孔。帮部顶板向下0.8m、2.5m处与巷帮侧斜30°分别施工2个注浆孔，注浆钻孔深度均为6.0m，钻孔排距为1.2m，孔径Ф42mm，注浆滞后W4307回风顺槽掘进工作面5m。

2.1.2 注浆施工工序

（1）安装注浆管。注浆钻孔施工完后，检查钻孔是否合格，并清理钻孔内煤屑。钻孔检查合格后，将注浆管装入孔中并固定牢固，注浆管长度为2.0m，利用专用封孔器对钻孔进行封孔处理。

（2）管路连接。由于注浆泵采用压风作为动力，管路连接前应对压风管路破损情况进行检查，并通风排除管路内异物。压风管路确认无误后，采用U型卡将管路与注浆泵连接，并开启风阀。

（3）注浆液调配。施工巷道注浆液采用马丽散与催化剂混合液。首先打开马丽散气动阀门，当马丽散在出料管口流出的时候关闭气动阀门，开启催化剂气动阀门，当催化剂流出的时候关闭阀门，然后同时开启马丽散与催化剂气动阀门并调试流量，比例控制在1:1。

（4）注浆。采用专用高压注浆泵向钻孔内注浆，注浆压力控制在0.5～2.0MPa之间。注浆期间发现煤体有浆液渗出时立即停止注浆，并观察浆液凝固效果及加固效果，注浆结束3h后，方可进行掘进作业。

2.2 架棚工艺

（1）架棚规格及组成。W4307回风顺槽架设的支护棚主要由U29型钢制成，钢棚为矩形断面，断面规格为宽×高=5.0×4.2m。钢棚主要由4根棚腿（2.5m）、1根顶梁（5.0m）、两个棚腿底座、卡缆等部分组成。

（2）钢棚底座安装。钢棚滞后工作面5.0m处并由外向里依次进行架设。首先对钢棚架设位置进行起底浇筑，确保钢棚架设牢固，钢棚底座与底板浇筑面采用地锚固定，同一架钢棚两个底座在水平面高低差不得超过0.05m。

（3）棚腿安装。棚腿与底座采用4根16#螺栓进行连接并采用螺母预紧固定，第二节棚腿与第一节棚腿对插安装并采用卡缆进行预紧，预紧力不得低于200N·m。棚腿安装后在巷帮施工两根锚杆并采用抱箍将棚腿与巷帮进行固定。

（4）顶梁安装。钢棚棚腿安装后，将顶梁与棚腿对接并采用卡缆固定预紧，相邻两架钢棚架设完成后，在钢棚顶板与顶板之间采用水泥背板背牢，如图1所示。

3 安全施工技术措施

3.1 注浆安全技术措施

（1）注浆钻孔施工前，应在钻场内安装有害气体监测装置，钻孔施工过程中应安排专职的瓦检工对钻场附近有害气体进行检查，当瓦斯浓度超过0.8%时严禁钻孔施工。

（2）注浆前将管路连接好并对管路、接头、阀门、压力表等完好情况进行检查，发现管路跑风、接头漏风、阀门松动以及压力表不显示时必须及时更换。

（3）由于W4307回风顺槽注浆钻孔倾角较大，为了提高注浆效果及施工安全，注浆钻孔封孔长度不得低于0.3m，封孔质量必须合格。在钻孔埋管前严禁打开风阀，注浆时施工人员站在距注浆地点5.0m外上风侧处。

图1 W4307回风顺槽破碎顶板“注浆+钢棚”支护

（4）注浆施工时应撤出工作面所有施工人员，注浆人员应穿着防护服并佩戴防护用品，在注浆地点附近应提前准备足量清洁用水，如浆液不慎溅到皮肤或眼睛，应立即用大量清水冲洗。

（5）注浆时由“中间向两帮”的顺序进行施工，注浆时严格控制好注浆压力，发现封口处跑浆、冒浆现象时，应调节注浆阀门减小注浆量；发现管路爆裂、接头窜液时必须立即停止注浆，及时更换。

（6）在调配注浆液时，马丽散与催化剂配比必须符合设计要求，保证浆液黏度。在注浆时应控制好注浆压力，注浆压力过大很容易造成压力爆破伤人，压力过小不利于浆液完全深入岩体裂隙中。

（7）注浆过程中应随时观察压力表变化情况，注浆时发现压力加大、注浆量减小时，多为管路堵塞，应及时对注浆管路进行疏通；注浆过程中发现煤岩体渗液或邻孔窜液时必须立即停止注浆。

3.2 架棚安全技术措施

（1）钢棚架设前应对巷帮、顶板浮矸清理干净，并对钢棚底座安装位置进行整平、硬化，确保钢棚底座安装在坚硬、平整底板上，底座安装时采用“一座四锚”将其固定。

（2）钢棚架设时应严格按照中线进行架设，同一架钢棚两棚腿安装后应及时进行调整，棚腿垂直顶底板，并确保两棚腿剖面中线与巷帮垂直误差不得超过3°。

（3）由于施工巷道高度大，在架设钢棚顶梁时应搭设工作盘。工作盘应由直径不小于30mm圆木搭设而成，搭设高度以便于施工为宜，顶梁应由3名以上施工人员配合施工。顶梁与棚腿采用卡缆固定预紧，预紧力不得小于200N·m。

（4）钢棚架设完后必须采用固定锚杆将其与巷帮或顶板固定，钢棚棚腿紧贴巷帮，不得晃动，钢棚顶梁与顶板之间间隙控制在150～250mm之间。

（5）为防止倒架、倾架事故发生，相邻两架钢棚架设后，必须采用两组连接杆进行联锁保护，并在钢棚顶梁与顶板之间填塞水泥背板，背板必须与顶梁、巷道顶板接触严实。

（6）每班施工前应安排专职人员对每一架钢棚受力损坏情况进行严格检查，发现顶板弯曲、断裂现象时必须及时更换。

4 结束语

山西高河能源有限公司在W4307回风顺槽过断层期间，提出了“注浆+架棚”联合支护方案及安全技术措施，施工巷道顶板得到有效控制，未出现严重破碎现象及冒顶事故，提高了巷道顶板稳定性，加快了巷道掘进速度，使施工巷道提前3.5d过断层破碎带，保证了巷道施工安全，取得了显著成效。