掘进巷道过断层安全施工技术应用

王罡华

（山西长平煤业有限责任公司，山西 晋城 048000）

在进行巷道掘进作业时，如遇到断层很容易受地质构造影响而发生顶板破碎、下沉等现象，导致巷道顶板的稳定性下降，这样不仅会严重影响工作面的正常推进，还会导致工作顶板面维护难度加大。同时在工作面经过断层区域时，周围岩体会受到地质构造的影响而发生塑性变形，导致工作面在推进时发生大面积片帮及顶板冒落。因此，本文通过利用先进的生产工艺并采取有效的支护措施，避免工作面发生冒顶事故。

1 运煤联络巷概述

山西长平煤业有限责任公司运煤联络巷整体北高南低，中部地段起伏，巷道与施工措施巷的交叉口处为巷道最低点。巷道4-5段的穿层坡度为-10°，下山延伸190 m至H点，从H点以3‰水平延伸至I点。运煤联络巷尾部布置在煤仓下口回风联络巷，南部为六盘区排矸机北巷，西部为芦家峪工业广场及4321综放工作面（回采结束），北部为43172巷（停掘），东部为4307工作面（回采结束）和4323综放工作面（回采结束），相邻巷道掘进情况对本巷道掘进无影响。

运煤联络巷长度为492 m，巷道断面规格为宽×高=4.8 m×3.1 m，截至目前巷道已掘进170 m。根据地测科提供资料显示，巷道掘进至182 m处预计揭露一条F4逆断层，断层落差为2.0 m，倾角为55°。受断层影响使得巷道掘进难度大且围岩破碎相对严重，对此综掘三队为了提高巷道过断层的掘进速度，保证巷道支护效果，决定在过断层期间采取合理有效的掘进工艺及支护技术。

2 施工工艺

2.1 掘进工艺

运煤联络巷在未遇断层之前主要是采用掘进机进行推进，当工作面遇到断层后如继续使用掘进机将会导致留顶难度大、顶板大面积空顶，给后期的推进造成严重的后果。因此，巷道在遇到断层后主要采用松动爆破仰斜掘进工艺。

1）巷道掘进至172 m处时，调整巷道掘进角度，以6°仰角上山掘进。上山掘进时顶板的走向要与巷道倾角一致，这样才能确保巷道高度不会发生变化。

2）爆破作业时，在巷道的断面位置施工3排钻孔用来爆破，爆破孔的深度设定为1.2 m，仰角设定为6°，每排钻孔的个数不得少于5个。

3）待全部钻孔施工完毕后，将药卷、雷管依次放入爆破孔内，并在药卷正向插入雷管，每个爆破孔内均要填加药卷与雷管，填加完毕后用水炮泥将孔口封死。

4）为了防止空顶距离太大，一次性爆破数量最多为5个，并且要对爆破后的空顶及时进行支护。

5）当巷道掘进10 m后，巷道遇断层上盘煤层顶板，此时施工人员要及时改变掘进的坡度，沿上盘煤层顶底板的方向平行前进，之后仍然采用之前的掘进机继续掘进。

2.2 支护工艺

为了确保巷道在上山期间的正常衔接，要特别制定合理的生产工艺以确保断层处上盘处留顶煤及下盘破顶岩。

1）掘进工作面在推进时，遇到断层后就要对原来的支护工艺进行优化，巷道在上山过断层时要对下盘的顶板进行破岩。根据地质资料显示，下盘岩石均为炭质泥岩，这种泥岩的胶接性差，在破岩时会造成顶板破碎等情况，因此要采用锚索网及钢带对顶板进行临时的密集支护。支护工艺如下：采用左旋无纵筋螺纹钢锚杆对顶板进行支护，锚杆的直径与长度分别为22 mm、2 500 mm，每排施工的锚杆数为6根，相邻锚杆的距离为900 mm，相邻两排锚杆的距离为1 000 mm；与锚杆配套的钢带选用'JW'型钢带，钢带的长宽分别为4 500 mm、280 mm；在顶板的空顶区域内安装组合锚索，相邻两组组合锚索的间距为3 000 mm，组合锚索主要由5根锚索及边长为500 mm的正方形钢托板构成，相邻组合锚索的距离为2.0 m，锚索的长度设计为8.3 m，如图1所示。

图1 运煤联巷过断层联合支护断面示意图（mm）

2）当工作面通过断层分界线向上盘推进时，勘测人员勘察上盘顶部的三角煤柱的厚度为0~1.2 m，由于三角煤柱均为石炭系煤层，这种煤层的煤质较软，留住三角煤柱的难度较大。因此，施工人员采用注浆及架棚集合的方式对三角煤柱进行支护。支护工艺如下：对上盘裸露出来的三角煤柱进行钻孔，钻孔要与顶板保持平行，钻孔施工完毕后采用注浆泵将马丽散粘接剂注入煤柱内，待黏接剂完全凝固后方可继续作业；上、下盘要采用相同的支护方式对顶板进行永久支护，为了防止三角煤的不稳定性，还需在煤柱下方安装工字钢棚，为了避免工字钢棚在倾斜的巷道侧翻，需使用连接杆将相邻的两架钢棚固定，并保持1 m的间距，同时使用水泥背板对顶板与钢棚的间隙进行填充。

3 安全技术措施

1）巷道在过断层期间，每隔5 m的距离需施工一个观测孔，观测孔的深度要大于8 m，利用观测孔来监测上覆岩层，为防止离层后没有及时采取措施的情况发生。

2）顶板安装的组合锚索及锚杆的预紧力都必须达到要求，锚索要大于24 MPa，锚杆要大于200 N·m。为了确保锚固端位于坚硬的岩层内，锚杆锚固的长度要大于900 mm，锚索锚固的长度要大于1 500 mm，这样才能增加支护的悬吊效果。

3）松动爆破时要严格控制每个爆破孔内的药量，通常单孔药量要少于0.3 kg，一次性爆破数量最多5个，填加完毕后及时用水炮泥将孔口封死，并留有大于0.5 m的封孔长度。

4）爆破后顶板出现空顶时要及时进行支护，过断层期间，施工人员需派专人实时观察顶板的离层情况，并合理控制掘进的尺度。

5）巷道在进入仰角推进时要安装超前支护，后续的所有作业都必须在超前支护的掩护下进行。

6）巷道在进入仰角推进时上盘三角煤柱会随着掘进巷的推进而变厚，特别是在断层交界处进入上盘时，由于顶煤较厚，很容易发生顶板冒落，因此需要使用锚索网、注浆、钢棚对顶板进行支护。

7）对顶板进行注浆作业时，如发现破碎煤壁有粘接剂渗出时要及时停机，注浆后还需安排专人对注浆后的三角煤柱进行观察，如注浆的煤柱存在不均匀或脱落时，要等注浆液凝固后再重新注浆。

4 应用效果

截至目前，巷道已完全过F4断层带，通过对巷道过断层施工工艺及支护工艺进行优化后，巷道在过断层期间的平均速度提高至6.7 m/d，巷道过断层期间顶板未出现大面积破碎、冒落现象，有效地保障了巷道安全快速掘进，并对类似地质条件的巷道安全掘进提供了有力实践依据，取得了显著的安全效益。