煤矿巷道掘进过断层方法及技术措施探析

李 波

(山西宏厦第一建设有限责任公司，山西 阳泉 045000)

引 言

在煤矿巷道掘进过程中，断层是最为常见的地质形态。目前，我国煤炭回采已步入深部回采期，深部断层的结构类型更为复杂，这给巷道掘进与煤炭开采带来了巨大影响。资料显示，在煤矿开采事故的致因中，断层过顶占有较高的比重[1]。根据不同类型的断层的特点，选择科学的过断层方法与技术，既是提升煤矿巷道掘进效率的有效路径，也是保障施工者人身安全的重要措施。结合工作实践，对煤矿巷道掘进过断层方法及技术措施作一分析，目的是为作业人员顺利和安全过断层、提高巷道掘进效率与效益提供借鉴与启示。

1 断层形成的机理与影响

1.1 断层的形成机理

断层是构造运动中广泛发育的构造形态。断层的形成，主要是由于地壳运动中产生强大的压力和张力所致，即这种压力和张力在大于煤岩层自身强度时，所导致的煤岩层断裂错位。因煤岩层断裂错位而形成的断裂面，由于其两盘运动方向的不同而形成不同的断裂面[2]：倘若上下盘分别相对上升和下降，便会形成逆断层；倘若上下盘分别相对下降和上升，便会形成正断层；倘若两盘沿着断裂面走向水平滑动，便会形成推断层。虽然这些断层类型不同、规模不等、大小不一，但均破坏了煤岩层的完整性与连续性。

1.2 断层的负面影响

对于煤矿巷道掘进，断层的负面影响主要体现在两个方面：一方面，影响和制约巷道掘进的速度与质量。一般而言，遇到单一的断层，只要选择必要的方法、安全的措施，便不会对巷道掘进产生多大的影响。问题是断层结构的单一性并不多见，而是多种断层交织在一起，使得断层较为复杂，这无疑增加了巷道掘进的难度与速度，甚至会导致巷道掘进的停滞，从而增加了巷道掘进的成本，影响了煤矿企业的经济效益。

另一方面，增加了巷道掘进的风险[3]。复杂的断层由于导致煤层形成了破碎带与疏水通道，在巷道掘进中往往会产生透水，给安全作业与生产带来了严峻挑战；在高瓦斯矿井中，由于在断层面附近存在许多空隙，容易积聚煤层中的游离瓦斯，使得巷道掘进过断层时存在高浓度瓦斯突出涌现的可能性，从而增加井下及其巷道瓦斯的含量，给巷道掘进带来了严重的威胁；断层附近由于属于破碎带，如果巷道掘进过程中一旦揭露了破碎的顶板，便会影响巷道支护。在这些情形下，如果安全意识不强、方法不当、技术缺失、监管不力，便会产生较大的安全事故，从而造成生命与财产损失。因此，选择科学合理的过断层的方法和安全技术措施，尤为重要和必要。

2 巷道掘进过断层的方法选择

2.1 过断层方法的选定

在巷道掘进未遇到断层之前，应通过精准的地质勘察和精心预判，了解巷道所处的地质构造、地下环境，有针对性地制定相关巷道掘进方案与防控措施。一般而言，断层的出现往往具有一定的“预兆”，比如，煤层的突变、滑面的增多、煤层强度的明显降低等，均预示着断层的可能出现[4]。在巷道掘进过程中，应针对不同性质、不同规格的断层，选择科学合理的过断层方法。

巷道掘进过断层的方法较多，其中“挑顶”和“卧底”是较为常见的应用方法。前者是指通过上提施工角度、以工字钢架棚打穿楔、填实空帮等方式，应对因断层而出现的底板破断上升、顶板丢煤顶的问题；后者是指通过下扎施工角度、锚杆支护或注浆等方式，应对因断层而出现的顶板破断下降、顶板破岩丢煤底的问题。无论是“挑顶”至断层面下盘的煤层顶板，还是“卧底”至断层面上盘的煤层顶板，都必须在确保支护的坚固与稳定的前提下，方可继续实施巷道掘进。

2.2 方法实施应注意事项

无论选择和实施哪一种巷道掘进过断层方法，均应考虑断层的规格、落差和影响范围，以及巷道顶板状况、围岩的特性、机器设备的安设等多种因素，在比较分析中选择适当的巷道掘进过断层方法。在具体实施中注意以下几点：如果断层落差>35 m，应注意避开该开采区域，采用绕行掘进的方式过断层。或者通过改变巷道角度、支护方式，并采用短石门进入另一盘煤层。在围岩破碎时，可采用注浆、缩短顶帮锚杆与锚索间排距、钢带支护等措施。如果断层落差>15 m且<35 m时，可采用导硐注浆方法过断层，即在距离破裂面10 m左右的地方安设混凝土注浆泵，在设计好的巷道外轮廓注浆，其目的在于增强围岩的强度与完整性。如果断层落差<15 m，可通过“挑顶”和“卧底”的方式过断层。

3 巷道掘进过断层的技术措施

3.1 巷道掘进前的技术措施

在巷道掘进前，煤矿相关技术部门和人员应根据地质勘探结果，制定过断层的安全技术措施，并将其发放至相关技术人员和作业人员。在距离预计断层20 m时，应采用边探边掘的方式进行巷道掘进，并根据断层特点，分析和判断层实际落差，如果断层或煤层出现突然变厚、变薄等异常现象，应通过打钻探孔精准探测巷道内的瓦斯及水情况，并制定相关技术措施进行巷道掘进。在巷道掘进工作面的探测过程中，如果探孔和卸压钻孔中存在见岩等情况，应在详细记录和说明岩石性质；如果钻孔内出现涌水，应及时记录钻孔出水的深度；如果预测前方存在断层，应留至少5 m预测钻孔，并提前施工卸压钻孔；如果发现断层落差高于煤层厚度，应采用风动钻机或液压钻机施工探煤钻孔，精准探测煤层层位，并采取相应的防突措施。需要强调的是，过断层前施工的各类钻孔，如果出现喷孔、顶钻等异常现象，应立即停头[5]，并向相关技术部门报告。总之，在巷道掘进前所采取的技术措施，其目的在于精准预测断层与煤层的构造与特点，制定相应的施工方法和措施，为巷道掘进提供知识与技术支撑。

3.2 巷道掘进中的技术措施

在巷道掘进过程中，涉及的相关技术措施较多。基于巷道掘进原则，应坚持边探边掘。在断层中掘进时，之于前方煤层厚度的探测，如探明煤厚大于2 m，应立即停头，施工卸压钻孔；如探明距断层前5 m，应停止掘进，选择过断层技术与措施。基于断层的类型与规格，选择相应的过断层方法。如果断层另一盘上升，且其落差小于煤层厚度的1/2，可直接施工16个20 m深的钻孔或卸压钻孔；如果断层另一盘下降，其落差大于煤层厚度的1/2，且小于1倍煤层厚度，可先向另一盘煤层施工卸压钻孔，而后再依据煤层厚度在断层面后5 m～10 m处施工卸压钻孔；当正断层另一盘煤上升时，如果其落差大于煤层厚度的1/2，且小于1倍煤层厚度，可在本盘煤层顶板0.5 m左右处向另一盘煤层施工卸压钻孔；如果其落差大于煤层厚度，应根据巷道施工的倾角变化，在距断层面3 m前施工卸压钻孔；如果其落差小于煤层厚度的1/2，可则直接施工16个20 m深的钻孔或卸压钻孔。基于卸压钻孔，应根据煤层厚度以及遇到的实际情况，确定卸压钻孔的数量与规格。比如，当断层附近的煤层厚度大于正常煤层厚度1.5倍时，应至少增加一排卸压钻孔；当出现顶钻、喷孔等现象时，应在该排钻孔附近增加卸压钻孔数量，以解决喷孔问题等。需要强调的是，在巷道掘进过程中应注意各类风险的预防与化解，如果遇到顶钻或喷孔现象、工作面出现明显突出预兆、回风流瓦斯浓度较高时，应立即停止掘进，并采用相关技术措施予以解决。

4 结语

煤矿巷道掘进过断层，其方法较多，技术较为复杂，需要根据断层的类型与规格以及煤层情况，科学选择适宜的方法和技术。而这些方法和技术的运用，其目的归根结底在于实现煤矿安全生产的价值追求和目标。这一目标的实现，既需要煤矿巷道支护的安全有效，即通过注浆加固、超前及永久支护，为施工人员提供安全可靠的巷道掘进环境；更需要相关技术和施工人员具有强烈的安全意识和过硬的巷道掘进技术，应通过岗前培训、技术攻关等，提高相关技术和施工人员的安全意识、综合素质和技术能力，使之在巷道掘进过断层中，科学作业、精准施工，并及时处理巷道掘进过断层过程中遇到的各种问题，将可能出现的风险与事故降到最低，从而实现煤矿安全生产的目标。