马道头煤矿回风联巷过断层安全技术应用

袁 斌

（山西宏宇诚铸建设工程有限责任公司，山西 怀仁 038300）

井工煤矿巷道掘进时，经常会遇到断层。在断层区域围岩比较破碎、强度弱化［1-2］，失去了岩层原有的连续性，使巷道难以支护，严重影响采掘生产的正常进行［3-4］。在煤矿井下巷道掘进过程中，一旦进入断层区域，就会带来原岩应力场的扰动，在局部出现附加应力，受到巷道掘进的影响，断层区域的岩层会产生不稳定现象［5-6］。断层不但会影响掘进施工的正常进程，其附近存在的围岩破碎带具有大量裂隙和孔隙，这一弱化面形成了瓦斯和水的突破点，特别是在高瓦斯和岩层富水的矿井，由断层而引起的事故更加严重［7-8］。因此，根据地质构造现场资料和掘进施工设计方案，采取适合的巷道过断层施工技术并应用针对性安全技术措施，对缩短巷道施工时间、保证巷道工程质量以及避免安全事故的发生意义重大。

1 工程概况

马道头煤矿北七盘区回风大巷回风联巷为半煤岩机掘巷道，断面形状为直墙三芯拱，断面积20.63 m2，迎头支护良好。北七盘区回风大巷回风联巷设计长度为35 m。根据北七盘区回风大巷回风联巷设计方案及相关现场地质资料，北七盘区回风大巷回风联巷将在里程119 m揭露断层DFN90（H=0～25 m，∠40°～50°），回风联巷平面布置如图1所示。受到这一断层的影响，巷道在掘进过程中可能出现顶帮破碎以及淋水现象，给回风联巷的掘进工作带来较大影响。为了确保施工巷道在过断层期间的施工安全及工程质量，有必要针对断层DFN90的特点制定过断层施工安全技术措施。

2 过断层掘进施工技术

1）根据回风联巷顶板在掘进时的实际变化，及时合理调整巷道的支护形式。在过断层带顶板破碎区域时缩短锚杆（索）间排距，将锚杆的排距调整为800 mm，锚索的排距调整为1 600 mm。同时在顶板铺设双层金属网（ϕ6-100 mm×100 mm钢筋网和50 mm×50 mm网格菱形金属网）加强支护，使用W钢带的规格为3 900 mm×250 mm×3 mm。在顶板凹凸不平锚杆失效位置使用ϕ17.8 mm×4 500 mm锚索替代顶锚杆进行支护，并配套使用异形托盘250 mm×150 mm×12 mm，W钢护板的规格为450 mm×250 mm×3 mm，保证锚索锚固力不得低于317 kN，预紧力不低于180 kN，回风联巷断面如图2所示。

图1 回风联巷平面布置

图2 回风联巷巷道断面

2）通过缩短锚杆（索）间排距、利用锚索替代锚杆仍然无法有效维护巷道顶板时，采取增加施工锚杆进行超前支护，使用规格为ϕ22 mm×2 400 mm的锚杆，控制间距在300 mm，排距为1 600 mm，同时使锚杆搭接800 mm。

3）增加3根组合锚索，设计组合锚索的间排距为2 000 mm×1 600 mm，采取“二二”布置方式，组合锚索采用规格为ϕ17.8 mm×8 300 mm的锚索，并配套使用600 mm×600 mm×16 mm的托盘。

4）在帮部超高、顶部超宽达到500 mm的区域采取补打锚杆方式，起到补强巷道支护的作用。使用锚杆规格为ϕ22 mm×2 400 mm，并配合规格为450 mm×250 mm×3 mm的W钢护板和130 mm×130 mm×10 mm的托盘进行支护。

5）增设顶板离层仪，加强监测断层区域的顶板离层情况，巷道顶板完成支护后，进行喷浆封闭揭露的破碎面，喷浆作业要紧跟掘进面。

6）由于断层区域围岩较破碎，除应用以上施工措施外，采取钻机打眼预注马丽散来对顶板进行加固，将顶板粘接以提高围岩的强度和稳定性。注化学粘接材料加固顶板，单循环不少于3个注浆孔，并配合喷浆、锚索网、组合锚索、架棚等措施加强支护。

3 过断层安全技术应用

3.1 过断层风险辨识评估

对回风联巷过断层进行风险辨识评估，结果如表1所示，根据辨识评估结果编制安全技术措施。

表1 回风联巷过断层安全风险评估结果

3.2 通风管理安全措施

（1）掘进面回风流中的瓦斯浓度高于0.8%或CO2浓度大于1.2%时，应该马上停工，将作业人员立即撤离，并按作业规程采取措施进行处理。

（2）局部通风机及启动设施设在北一盘区辅运巷里程3 600 m处，风机为FBD-NO6.3型。对于掘进作业面或者是在巷道的其他位置，如果存在瓦斯局部积聚必须立即断电撤离并上报处理。当检查整治后，停风区中瓦斯浓度低于1%、二氧化碳浓度低于1.5%，且局部通风机及其开关附近10 m以内风流中的瓦斯含量测定值小于0.5%，才允许以人工的方式复电，并严格按照措施排放瓦斯。

（3）掘进面按照要求安装甲烷传感器，掘进机须安装机载甲烷断电仪。

（4）为避免回风联巷贯通时发生瓦斯事故，贯通前提前2天通知通风科，及时为贯通后通风系统调整做好准备。

3.3 顶板管理安全措施

（1）加强对巷道顶板的日常检查，严格遵守相关操作规定进行“敲帮问顶”，对于掘进面和巷道各位置存在的危岩浮矸要及时清理，不留安全隐患。

（2）在“敲帮问顶”完成后，先安排临时支护，然后永久支护，严禁空顶作业。

（3）巷道施工锚杆（索）进行支护时，按照预设的施工顺序依次施工，及时支护，保证质量，锚杆、锚索施工质量不合格的进行补打。

（4）如果出现冒顶片帮要及时支护、及时清理。受断层影响的局部顶板破碎带，由于常规锚杆支护难以保证效果，可采取喷浆封闭措施。

（5）巷道贯通时，待检查回风流瓦斯浓度未超限时，迅速扩大断面完成贯通，并调整好贯通后的通风系统，确保风流充足、稳定，同时清理巷道，支护到位。在通风科指导下将各类监控传感器重新设置，同时对贯通处补强支护，采用三孔组合锚索托盘，钢托盘规格600 mm×600 mm×16 mm，锚索规格为ϕ17.8 mm×8 300 mm。

（6）设置顶板离层观测仪，对顶板的离层情况加强监测。

4 结语

为了保障马道头煤矿北七盘区回风大巷回风联巷掘进过断层期间的施工安全及工程质量，综合考虑断层对巷道掘进施工的影响，制定了过断层掘进施工方案，强化巷道支护，并从通风和顶板管理提出针对性安全技术措施，有效解决了巷道过断层期间的安全问题，保证了巷道围岩的稳定性，取得了良好效果。