协庄煤矿掘进工作面过断层技术应用

公维宽 王伟强 邢 永

（山东能源新矿集团协庄煤矿，山东 泰安 271200）

1 工作面概况

协庄煤矿2405W 运输巷位于二采下山区西翼，以东为二采回风下山，以西为F16 断层煤柱，以南为已开采完毕的2403W 工作面，以北为已开采完毕的2406W工作面，该巷道掘进对地面无较大影响。

根据钻孔资料及附近巷道揭露，工作面煤层岩性变化不大，煤层顶板为细粒砂岩，平均厚度2.5m；直接底板为细粒砂岩，平均厚度2.8m。巷道施工范围内地质构造复杂，预计将揭露以下三条断层：

（1）f1：正断层，走向70°~100°，NW ∠70°，H=8.0m。该断层在2406W 回风巷及2206W 回风巷施工时已揭露，基本已控制，揭露断层不导水，预计巷道开门施工143m 时揭露；

（2）f2：正断层，走向20°~60°，NW ∠80°，H=9.0m。该断层在2206W 回风巷施工时已揭露，基本已控制，揭露断层不导水，预计巷道开门施工234m 时揭露；

（3）f3：正断层，走向70°~100°，SE ∠65°，H=2.0m。该断层在2205W 切眼施工时已揭露，基本已控制，揭露断层不导水，预计巷道开门施工548m时揭露。

断层区域分布如图1 所示。

图1 2405W 运输巷断层区域图

2 过断层掘进施工技术

2405W 运输巷道为穿层巷道，按真方位273°、6°上坡施工143m 后揭露f1 断层对接四层煤，按原方位沿煤4 破顶施工91m 后揭露f2 断层，按原方位、10°下坡施工25m 揭露煤4 顶板，沿煤4 破顶施工244m 后（或揭露断层后退回开门），左拐25°按真方位248°沿煤4 破顶施工262m 可至切眼。预计施工的2405W 运输巷在Y21导线点前41m 处迎头揭露落差H=2.6m、∠70°的正断层，煤层下压。因此，将掘进机退至揭露处2.6m 的断层（退机35m），按8°上坡卧底施工至原迎头(迎头留顶2.0m)，按0°平推施工4.5m 接住正常煤层顶板，然后沿煤层破顶施工穿过该断层区域。平均卧底1.2m，最大卧底2.0m，卧底后两帮距底板超高处（煤层0.3m，岩层0.5m）补打MSGLD-335/22×2200 等强螺纹钢式树脂锚杆配钢托盘支护，巷道高度超过4.5m 时，两帮按间距3.0m补打锚索或锚索桁架加强支护[1]。

3 过断层支护方案

3.1 支护方案

过断层期间压力显现强烈，拟更改支护。更改方案对比如下：

采 用“W” 钢 带（4300×280×3mm）配10#金属菱形网（4600×1000mm）、6 根MSGLW-500/22×2200 无纵肋螺纹钢式树脂锚杆（原支护：MSGLD-335/22×2200 等强螺纹钢式树脂锚杆）支护顶板，两帮分别采用3 根MSGLD-335/22×2200（原支护：MSGLD-335/18×1800）等强螺纹钢式树脂锚杆配“W”钢带(1900×280×3mm)及金属菱形网（2600×1000mm）支护，两帮底脚采用MSGLD-335/22×2200（原支护：MSGLD-335/18×1800）等强螺纹钢式树脂锚杆配钢托盘支护[2]。锚杆排距0.9m（原支护：1.0m），每隔2.7m（原支护：3m）在巷中施工1 根锚索加强支护，锚索滞后迎头最大距离不大于50m，不小于5m。顶板压力大、破碎时紧跟探梁后端施工。

3.2 加固设计

（1）过断层、破碎带时需采用锚索或锚索桁架加强支护，断层落差较大时，在断层带及前后不小于15m 影响范围，必须加密锚杆支护并采用锚索或锚索桁架加强支护方式，确保支护安全[3]。

（2）顶板特别破碎或煤在巷顶时，放炮前在迎头顶板按间距1.0m 均匀打安3 根超前锚杆。超前锚杆采用Ф22×L2200mm 的锚杆与水平呈3 ～5°夹角向迎头方向打入。

（3）过断层有淋水时，采用挂防锈金属网或双层网支护，必须复棚进行加固，提高巷道围岩控制效果。

4 过断层爆破施工工艺

迎头施工遇断层构造时，采用放震动炮方式松动岩石，爆破施工工艺为：

（1）采用爆破法与掘进机截割方式联合施工。在迎头顶板（底板）岩石处先打眼放炮，再采用综掘进机对巷道局部浅挖处进行截割出矸，之后对巷道进行临时支护。

（2）装药采用连续柱状结构，正向定炮[4]。正向装药结构为：药卷+粘土炮泥（30~40mm）+水炮泥+粘土炮泥。空气柱正向装药结构（周边眼）为：药卷+水炮泥+粘土炮泥。起爆使用FD-200X型闭锁放炮器，使用煤矿许用Ⅱ级水胶炸药、毫秒延期电雷管作为起爆体。正常打眼深度1.5m，全断面一次装药一次起爆，联线方式为串联。炮眼参数设计如表1 所示，炮眼布置剖面图如图2 所示。

表1 炮眼参数表

图2 炮眼布置剖面图

（3）爆破前应将综掘机退回到距迎头5m 以外的安全地点，并用废旧皮带等物料进行掩护，以防放炮打坏掘进机照明灯、管路等易损部件。

5 过断层安全技术措施

5.1 探水工艺

巷道施工中预计揭露的f1、f2 断层可能将31113W 老空积水导入本工作面，威胁巷道的施工，f3 断层可能将导入底板水，因此工作面在揭露f1、f2、f3 断层前10m 要组织边探边掘，届时按以下措施执行：

（1）迎头预计揭露断层前10m 进行边探边掘，在迎头布置一个钻孔，钻孔布置在巷道煤层中间，一次布置一个钻孔，钻孔角度沿煤层方向，孔深不小于5m；若钻探5m 迎头钻孔探透无水时，迎头向前施工2m 继续钻探，直至施工至断层后确认无水方可过断层施工。如若探透有水，必须逐步放干积水。当钻孔有水时放出老空积水后，迎头再继续掘进。

（2）施工机具为锚索钻机或风动锚头配麻花钎子，钻探及放水时现场准备木楔，当放水量过大时应及时用木楔堵死放水孔，使放水与排水保持平衡。

（3）钻孔施工时，首先加固迎头临时支护，并摘除危岩悬矸，严禁空顶作业。

5.2 安全施工措施

巷道过断层定坡度施工时需托顶煤施工，届时执行以下安全技术措施：

（1）当顶板极其破碎或揭露煤层时，为防止掉顶，采用超前锚杆（Ф18×L1800mm）作辅助临时支护，前探锚杆根据顶板情况，布置2~3 根，在迎头均匀布置，与顶板夹角呈3~5°打入。超前锚杆外端头必须用10#铁丝与迎头最前一排永久锚杆固定牢固，以保证支护效果[5]。

（2）当锚杆锚固在煤层中及托顶煤施工时，要及时补打锚索桁架加强支护，桁架排距2.4m。迎头施工时缩小循环进度为1.0m，锚杆排距缩小至0.8m，爆破前最小空顶距0.8m，最大空顶距1.8m，循环进度1.0m。

（3）托顶煤施工时永久支护必须到迎头，顶板铺设双层网加强支护。当巷道托顶煤施工至以里10m 后，对托顶煤段使用拱型棚加强支护，棚间距1.0m，棚梁扭距≤50mm。

6 结语

协庄煤矿2405W 运输巷采用爆破+卧底工艺揭露断层，针对过断层阶段可能出现的顶板破碎、工作面涌水问题，制定合理的安全技术措施，保证了掘进工作面过断层的掘进效率，安全高效地通过了断层影响区域。