总第１７６期 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—２７９８．２０１４．０４．０１９ 大坡度掘进过断层时施工方式的探索与实践 杨 涌 （潞安集团黑龙关煤业公司，山西临汾０４１２０４） 摘要：地质条件的变化对井巷工程的影响至关重要。文章针对在大坡度掘进过断层时，由于地质条件变 化大、巷道坡度大等导致的出渣困难、巷道容易超高、片帮等问题，结合现场实际进行调研，通过在掘进施 工中改变掘进、出渣方式，并对巷道支护方式进行变更，采用提前打设管棚的方式对顶板超前控制，有效保 证了巷道的成型和支护质量．为施工安全创造了条件。 关键词：掘进；大坡度；断层；管棚支护 中图分类号：ＴＤ２６３．４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００５—２７９８（２０１４）０４—００４５—０３ 在煤矿巷道掘进过程中，几乎都会遇到断层。 在通过断层期间，一般情况下巷道坡度也将随之发 生改变．且断层地带的地质条件复杂多变，势必给巷 道掘进和支护带来困难。同时也给巷道的掘进施工 深灰色石灰岩，厚度为７．４５—１０．７０ ｍ，平均厚度为 ８．８２ ｍ。巷道设计净断面为４．０ ｍ ｘ ３．２ ｍ，掘进断 面为４．２ ｍ×３．３ ｍ。巷道由北向南掘进至距离１ 号联络巷３４５ ｍ时遇到断层，根据已有地质资料情 况．制定方案确定在断层处后退５ ｍ，以一１４。下山 掘进，南段由３号联络巷处返掘，掘进４５ ｍ后开始 挑顶以２２。上山掘进．此时北段坡度要根据实际情 安全带来很大隐患。特别是在巷道坡度较大时，施工 尤为困难。因此，针对断层地带特殊的条件，确定合 理的施工工艺和科学的支护方式，对保证巷道施工 安全和支护质量有着重要意义。 黑龙关煤业公司在施工二水平大巷时．首先施 工的是总运输巷，在掘进过程中遇到断层，其中断层 Ｆｌ＿１：Ｈ＝１０ ｍ，角度８０。；Ｆ１—２：Ｈ＝６ ｍ，角度８０。。 况及时作相应调整，两个头对掘，以尽快通过断层 （如图１）。过断层施工长度约６０ ｍ。 正常掘进时。二水平总回风巷采用ＥＢＪ一１２０ 型掘进机掘进，通过掘进机、胶带转载运输出渣，过 断层时，若发现岩石硬度大，机掘困难时，采用炮掘； 南段采用炮掘，通过扒渣机、煤溜转载出渣。 两断层距离为４０ ｍ，见图１。过断层时采用一８。下 山掘进。二水平总回风巷与总运输巷平行，距离为 ３６ ｍ。预计总回风巷掘进同样需要穿过这一断层， 根据掌握的地质资料。为总回风巷过断层制定施工 方案时，考虑巷道坡度对回风巷的功用影响较小，因 ２出现的问题 在南段掘进到设计位置开始挑顶施工时，根据 施工进度实际情况，北段掘进坡度进行调整，变为 一此决定以较大坡度施工，以缩短过断层施工距离，尽 快通过断层。 ２２。下山掘进。 问题一：岩石硬度大，坡度大，掘进、出渣困难。 由于该型号掘进机适应坡度为±１６。的煤巷，下山掘 进巷道坡度调整后，最大坡度达到２２。，掘进机已经 无法正常行走；且掘进过断层时需要穿过灰岩，岩石 硬度大．机掘已不适应．需在灰岩段放炮．而放炮又 容易对掘进机造成损伤。因此，无论是掘进还是出 渣，掘进机都已经不能适应当时的条件。 问题二：巷道超高，支护困难。在北段变坡下山 掘进３１ ｍ后。由于煤岩松软，巷道开始出现局部超 １ 施工方案 二水平总回风巷沿煤层顶板掘进．直接顶板为 高，巷道顶部锚杆支护范围内岩石逐渐变薄，煤层逐 渐变厚。掘进３６．５ ｍ后，巷道顶部全部为煤，且煤 质松软，放炮震动后基本掉落，巷道超高约２ ｍ；掘 收稿日期：２０１４－０３－０３ 作者简介：杨涌（１９８５一），男，贵州凯里人，助理工程师，从事生产技术工作。 ４５ 杨 涌：大坡度掘进过断层时施工方式的探索与实践 第２３卷第４期 进３９ ｍ后，巷道已全部为煤巷，由于接近断层面，煤 层倾角大，煤岩较松软破碎，放炮后顶煤难以留住， 导致巷道超高越来越严重，成型较差，支护困难，巷 道已难以按设计继续掘进。 ３解决方案 ３．１ 问题一：掘进、出渣困难 随着工作面的向前推进，掘进逐渐进入灰岩段， 随着巷道内灰岩的厚度增加，机掘进度变慢，且对掘 进机的损耗极大，因此决定改变施工工艺，采用炮掘 掘进，掘进机出渣。在巷道坡度调整变大后，掘进机 行走和转载出渣困难，且放炮容易出现大块岩石，岩 石硬度大。掘进机出渣尤其困难．此时掘进机的意义 已经不大．因此必须考虑更合适的出渣方式。而耙 斗装岩机具有对巷道坡度的适应性强、耙渣距离范 围大、出渣岩性对其影响小等优点，能胜任这一条件 下的出渣任务，为此，决定将掘进机暂时退出到平段 靠边停放．在巷道变坡处安装１台Ｐ一６０Ｂ型耙斗 装岩机，通过耙斗装岩机转载到胶带上出渣，从而解 决这一难题。 ３．２问题二：支护困难 为将顶煤留住，避免巷道超高，应该从以下两方 面考虑：一是缩短循环进尺，减少悬顶面积，并及时 支护，缩短顶板空顶时间；二是预先对即将放炮后出 现的顶板进行超前支护，减少放炮震动的影响。 针对以上两方面．对于循环进尺，在施工时将循 环进尺控制在１．２ ｎｌ以内，锚杆支护排距由 １ ０００ ｍｍ变更为６００ ｍｍ，锚索排距由３ ０００ ｍｍ变 更为２ ０００ ｍｍ，放炮后及时进行支护；对于超前支 护．一般巷道掘进，在地质条件不好、出现顶板松软、 暴露后容易垮落的情况下，可采用打超前锚杆的方 法进行提前预控，但由于该巷道是下山掘进，且巷道 坡度较大，若采用普通超前锚杆进行超前支护控制 顶板，施工较为困难，且普通锚杆支护控制范围较 短，难以达到预期效果。 经现场调研，最终确定采用打设管棚的方式对 顶板进行超前预控。同时在掘进时采用浅打眼、少装 药、放小炮的方式掘进，放炮后及时进行支护，并通 过缩短锚杆支护间排距等方法来提高支护强度，以 确保留住顶煤，改善巷道成型，避免巷道超高，同时 便于支护，确保施工安全。 ４管棚支护施工工艺 施工顺序：打眼一装铁管一铺网、打锚杆一打 眼、装药、放炮一锚网支护。 在打眼放炮之前，在工作面前方按巷道设计坡 ４６ 度。在靠近巷道顶部顺着巷道掘进方向打一排眼，打 眼间距２００ ｍｍ．再往眼位里打设铁管，形成管棚，铁 管规格为Ｄ４２ ｍｍ Ｘ ３ ０００ ｍｍ，打设深度为 ２ ５００ ｍｍ，外漏长度５００ ｍｍ。每排管棚搭接长度 ５００ ＩＴＩ１ＴＩ。铁管打设后，在外露铁管底下铺网、上钢 带，打设锚杆，将铁管打在顶板上，支护牢固后，再进 行打眼放炮作业。 管棚打好后，进行打眼放炮作业时，控制打眼深 度和装药量，放炮作业循环进尺为１．２ １ＴＩ。放炮后 及时对顶板进行支护，锚杆支护间排距为８００ ｒｆｌｌＴｌ× ６００ ｍｍ，打设锚索加强支护，锚索每排４根，间排距 为９００ ｍｍ×２ ０００ ＩＴｌｍ。 支护断面图、剖面图见图２和图３。 图２支护断面（ｍｍ） ５施工技术要点 １）控制循环进尺 根据煤层倾角大、煤质松 软、放炮震动后容易掉落的情况，执行浅打眼、少装 药、放小炮的原则，减少放炮震动对顶板的影响，改 善巷道的成型效果。便于支护。 ２） 管棚打设时，所有的管要尽可能在一个平 面上，且贴住顶板，便于锚杆支护。 ３）设计铁管间距２００ ｍｍ，实际施工时可根据 顶板情况作适当调整。 ４） 放炮后及时进行支护，减少顶板空顶时 间。 ５） 铁管长度为３ ０００ ｍｍ，两架管棚搭接长度 杨 涌：大坡度掘进过断层时施工方式的探索与实践 第２３卷第４期 ５００ ｍｍ．掘进时要及时打设下一组铁管．以保证其 连续性。 入施工作业地点作业。 ８）过断层期间，加强矿井水灾的观察，发现 ６） 加强工程质量管理，保证锚杆支护质量。 在铁管底下打设锚杆时．容易出现锚杆贴面不好的 异常（如挂汗、挂红、水叫等异常情况）时，及时向调 度汇报，采取措施将隐患排除后方可正常作业。 ９） 遵章作业，严禁违章指挥和违章作业。 １０） 该巷掘进施工期间，迎头煤岩层变化异 常时必须及时汇报到矿调度．并通知相关部门及时 到现场查看情况。 情况，因此要选好眼位，保证锚杆打设合格。 ７） 严格按巷道中腰线施工，保证巷道成型和 支护效果。 ６主要安全措施 １） 每次进入施工迎头或打锚杆时，必须先检 ７效果评价 由于回风巷对巷道的坡度要求相对较低，因此 在施工时，可采用较大坡度通过．以缩短过断层施工 查施工地点的顶板及支护情况，排除隐患，确认安全 后，方可正常施工。 ２） 在整个施工过程中，必须随时做好“敲帮 问顶”工作，及时找净帮、顶及迎头的悬矸、浮石。 距离。但在过断层时，地质条件复杂，围岩情况极不 稳定，巷道坡度的增大必然导致施工难度的增大，因 此必须及时根据情况对施工工艺作相应的调整．才 能适应条件的变化。 在过断层期间。地质条件不断变化，因此足够的 支护强度对巷道的施工安全至关重要。在本次施工 时，根据情况及时缩短锚杆支护排距，并加打锚索加 强支护，在进入全煤掘进后，根据顶板情况，增加了 并设专人观察顶帮情况，确保施工人员退路畅通。 ３） 找掉悬矸浮石时，人员站在支护完好地段 用长柄工具且与悬矸浮石成一定角度找掉。严禁正 对悬矸浮石找掉，并随时注意矸块滑落情况，防止矸 石沿找掉工具滑落砸伤人员。 ４） 人员在工作面作业时。耙斗装岩机必须停 电闭锁。 锚索数量，提高支护强度，保证了在特殊地质条件下 的施工安全。 ５） 过断层期间，当班瓦检员必须加强瓦斯检 查和管理。严禁瓦斯超限作业，瓦斯检查及管理严 格按规定执行。 ６） 过断层期间，加强巷道顶板观察，发现异 常（如岩石松散、顶板掉矸、掉渣、帮顶压力突然增 大、帮、顶出现裂隙、瓦斯增大或忽大忽小等异常情 况）时，人员应立即撤至安全地点，并及时向调度汇 实践证明，在总回风巷过断层时．面对巷道坡度 大、岩石硬度大、煤质松软破碎等诸多不利条件，通 过适时改变施工工艺，采用管棚超前支护后。能有效 控制顶板，巷道成型得到了很大改善，顶煤掉落导致 巷道超高的现象得到有效控制，顶板较为完整，为锚 杆支护创造了良好的条件，提高了工程质量，同时施 工现场的安全也得到了保证。 ［责任编辑：常丽芳］ 报，待采取措施将隐患排除后方可正常作业。整个 施工过程，严禁进入迎头空顶区域作业。 ７） 每班必须指定专人负责顶、帮管理和悬浮 煤（矸）找掉工作，确保无任何隐患后，人员方可进 …，…，…，…】 …】 …，…】 …】 …】 …】 …】 …】 …一】 …】 …】Ｈ 呋 呋 呋 呋呋呋 …＇…，…，…】…呋 呋呋呋呋呋呋呋呋呋呋呋呋呋呋呋呋呋呋呋呋呋呋呋呋呋呋呋呋呋呋六 ＇Ｈ………，…＇…】Ｈ…】…】…】…】…】…】 缪协兴，许家林．岩层控制中的关键层理论研 （上接第２７页）施工中顶板未发生大面积来压，因此 ［５］钱鸣高，对于现场实际工作具有指导意义。 参考文献： ［１］ 靳钟铭，徐林生．煤矿坚硬顶板控制［Ｍ］．北京：煤炭工 业出版社，１９９４． 究［Ｊ］．煤炭学报，１９９６，２１（３）：２２５—２３０． ［６］钱鸣高，石平五，许家林．矿山压力与岩层控制［Ｍ］．徐 州：中国矿业大学出版社，２０１１：５． ［７］ 王开，康天合．坚硬顶板控制放顶方式及合理悬顶 长度的研究ｆＪ］．岩石力学与工程学报，２００９，１１（１１）： ２３２１—２ ３２７． ［２］ 高木福．坚硬顶板处理步距的数值模拟［Ｊ］．辽宁工程 技术大学学报，２００６，２５（５）：６４９—６５０． 『８］ 谭城．煤层巨厚坚硬顶板超前深孔爆破强制放顶技 ［３］宋德仁，钱名高，徐林生．坚硬顶板来压控制的探讨 ［Ｊ］．煤炭学报，１９９１，１６（２）：１１—１８． ［４］ 采矿手册编辑委员会．采矿手册［Ｍ］．北京：冶金工业 出版社。１９９０：３２． 术研究『Ｄ］．安徽理工大学，２０１１：６０—６６． ［责任编辑：常丽芳］ ４７
