三交河矿综掘面安全高效过断层技术研究

武 云 光

（霍州煤电集团汾河焦煤公司三交河煤矿，山西 洪洞041600）

1 工程概况

三交河矿11-1041 巷位于+850 水平北翼，其东侧、西侧、北侧均为实体煤，南侧为下组煤皮带巷，巷道用于104 工作面回采期间的运煤、进风、行人等任务。104 工作面标高+850～+900m，地面标高+1094～+1208m，上覆基岩厚194～358m，煤层均厚2.9m，平均倾角6°，煤层结构复杂，厚度稳定，顶底板岩性见表1。

表1 顶底板岩性参数

1041 巷断面为矩形，掘宽为4.5m、净宽为4.3m，掘高为3.2m、净高为3.1m，采用EBZ-200A 型掘进机在煤层中掘进。工作面掘进过程中会揭露断层及复合顶板破碎处，揭露断层为进尺120m 时的正断层，断层落差0.8m，断层附近顶板裂隙发育，岩石破碎难控制，影响了巷道掘进工作的进展[1-3]。

2 巷道安全高效过断层技术探究

2.1 综掘快速掘进技术

1041 巷揭露的断层落差较小，采用综掘机过断层时可以直接快速推过。过下压正断层时，可以采用下盘卧底、上盘挑顶方式，沿腰线施工，两处同时确保巷道高度，在上下盘结合处补打锚索进行加强支护；过上跳正断层时，直接割顶，根据落差确定卧底量[4-6]。巷道综掘机上下坡过断层示意如图1 所示，掘进过程中尽量避免机器在全岩层中工作，破顶或破底后应尽快掘进至另一盘的全煤位置，避免行走作业，禁止超负荷运转。

同时，综掘机可采用小直径截割头，增加外层耐磨处理工艺。当遇到大块坚硬岩层时，采用深孔静态爆破方式进行碎岩，增加坚硬岩体的破裂性，减少综掘机负荷，缩短过断层时间。在截割头降尘用水中增加除尘添加剂，通过喷嘴与水混合后进行降尘、除尘，改善过断层期间的工作环境。

图1 综掘快速过断层示意

2.2 过断层破碎带支护技术

1041 巷道在断层附近的上下盘区域顶底板围岩状况较差，确定采用锚杆索联合支护形式。具体支护方式与支护材料选取如下：顶板支护采用锚网、锚杆、锚索、钢带联合支护方式，顶锚杆型号为BHRB-335/Φ20mm×2500mm 的高强锚杆，“五·五”布置，间排距“1000×1000”mm，顶板肩角锚杆距帮250mm，选用CKB2340 锚固剂一条和Z2388 锚固剂一条，其中CKB2340 锚固剂位于底部；顶锚索型号为1×7/Φ21.6mm×7200mm 钢绞线，“三·三”布置，间排距“1200×2000”mm，锚索施工在两排顶锚杆正中，顶板肩角锚索距帮1050mm，选用Z2388 锚固剂两条；帮锚杆BHRB-335/Φ20mm×2000mm 的高强锚杆，“三·三”布置，间排距“1200×1200”mm，第一根帮锚距顶板300mm，选用Z2388 锚固剂一条。为了减少杂散电流对工作面的影响，巷道顶帮每隔50m 铺设一道1m 宽的双层塑料网。

顶锚索托盘选用高强度托盘，托盘选用300mm×300mm×16mm 厚的高强度调心托盘；顶锚杆使用钢带配合锚杆垫片进行支护，钢带选用长×宽=4200mm×280mm 的5 孔钢带，眼距1000mm；顶、帮锚杆垫片均选用高强度托盘，规格为150mm×150mm×8mm，配套调心球垫和尼龙减摩垫片。锚索锁具选用300mm×300mm×16mm 厚的高强度调心托盘配合MX 形锁具进行支护。帮部锚梁12#钢筋制作而成，规格为2900mm 长的3 孔锚梁，眼距为1200mm。顶、帮金属网均选用网格为100mm×100mm的片网，规格为1100mm×2200mm。每50m 全断面铺设一道双层塑料拉伸网，塑料拉伸网网格为40mm×40mm，规格为2800mm×1250mm。

以上支护方式主要针对的是断层上下盘顶板破碎带，在断层周围的顶板极易冒落带上（如图2 所示），可以在距断层5～6m 时注入马丽散，将破碎顶板粘接在一起，形成整体稳定结构，对冒落顶板进行加固处理，最大限度保证断层破碎带附近的围岩完整性[7,8]。

图2 断层附近破碎带分布

3 巷道掘进控制效果分析

1041 巷道掘进过程中，为定量表征巷道控制效果的优劣，需要对巷道整体进行综合监测。监测主要有三部分：顶板离层量、锚杆索受力和表面位移，其中表面位移监测是评价巷道控制效果的最直观数据。巷道表面位移监测测站布置范围为30m，分别为断层前后各15m，布置的方式为随巷道掘进依次布置，滞后掘进迎头3～5m，共布置四个测站，其中测站1、测站2布置在过断层前，测站3、测站4 布置在过断层后。采用“十字布点法”布置测站，单个测站内设置两个监测断面，断面间距1.0m。选取1041 巷道推过断层前后的四个测站监测数据见表2，将选取推过后0～15d 范围内的顶板移近量变化展示如图3 所示。

图3 监测数据曲线

工作面推过断层时，顶板移近量从29.1cm 增加至36.7cm，推过断层后继续增加至56.2，之后降低至31.2cm，断层对巷道顶板下沉的影响非常明显。断层附近的测站2 和测站3 的最大移近速度与平均移近速度均较其他两个测站大，尤其是推过断层的测站3，无论是顶板移近量还是变形速度都是最大值，这种情况说明断层对巷道掘进的影响会保持到推过断层后的一段距离。从推过断层后的0～15d 时间来看，随着时间的增加，顶板下沉量逐渐降低，最后基本趋于0，说明在一段时间后，1041 巷道围岩变形情况能够得到稳定控制，巷道服务质量可以得到保证。

表2 监测数据一览表

4 结 论

基于三交河矿1041 巷道掘进期间揭露断层的工程背景，研究了掘进煤巷安全高效过断层技术，确定采用快速推进和锚杆索联合支护的方式进行过断层巷道稳定性控制。1041 掘进巷道监测结果显示巷道围岩在过断层前后有顶板下沉增大趋势，顶板移近量最大为56.2cm，采取上述措施后在一定服务时间内，巷道变形逐渐收敛，最终基本趋于稳定状态，巷道完整性得到保证，掘进煤巷稳定性得到良好控制。