岩巷工作面过断层安全技术管理探讨与实践

刘近近 张孝周

淮北矿业股份有限公司工程处 安徽淮北 235100

摘要：断层是影响掘进施工安全与进度的主要因素，尤其是过大断层带时，围岩破碎，地压大、有导水和瓦斯的危险。因此在过断层期间应采取正确的施工工艺和安全管理措施，从而实现安全快速过断层的目的。袁店一井煤矿东翼回风大巷过aF1断层带期间，采取了地面预注浆加固围岩防治地质灾害，配合掘进工作面短孔注浆加固及二次补强支护的方式，实现了安全快速通过断层的目的。对类似巷道掘进安全管理具有参考意义。

关键词：过断层；地面预注浆；快速掘进；巷道支护

引言：袁店一井煤矿位于安徽省濉溪县与涡阳县的交界处，在袁店集附近，行政区划属于濉溪县。设计生产能力为180万吨/年。矿井开采方式为立井开拓，通风方式为两翼对角式，副井、主井、新主井进风，东风井和南风井回风。目前矿井105（东翼）采区的三条准备巷道分别为东翼轨道、东翼运输大巷、东翼回风大巷，三条大巷均采用综掘施工。三条准备巷道地质构造复杂,地层为单斜构造，煤岩层倾角5～14°，巷道施工方向煤岩层倾角3～7°。根据三维地震资料显示，掘进施工中受7条断层影响：aF1∠55～70°H=260～310m断层、BF35∠55～70°H=0～32m断层、BF38∠55-70°H=0～40m断层、五沟杨柳∠55～70°H=140～325m断层、BF41∠55～70°H=0～15m断层、BF33∠55～65°H=0～35m断层和BF42∠55～70°H=0～5m断层，均为正断层。其中aF1和五沟杨柳断层为大型断层，对掘进施工安全影响很大。因此如何选择科学、合理的过断层方法，成为安全快速掘进的关键，有效的过断层措施在保障施工人员安全及提升巷道单进效率有着重要意义。

1.工程概况

东翼回风大巷设计支护形式为锚网喷支护，净宽×净高= 5200×4200mm，掘进断面20.9m²。施工标高-740.5m～-710.6m，设计长度3481m。巷道顺矿井边界穿aF1和五沟杨柳断层。目前按方位N114°施工，设计施工层位变化大，过aF1断层前施工层位位于32煤顶板约145m，过aF1断层后施工层位位于32煤底板约120m，直至过五沟杨柳断层前局部揭露32煤层，目前岩性以泥岩为主，aF1断层影响区宽度约60m。

2.东翼回风大巷地面定向钻孔预注浆

2018年10月1日至12月28日。通过地面定向钻孔进行了过aF1断层综合治理工程，对东翼三条巷道沿线交断层两侧160～180m区域进行了注浆加固。地面定向钻孔共实施4个分支孔，主要治理东翼大巷穿aF1断层治理区域。累计钻探进尺2421m，累计沿巷道治理区段钻进段长587m，累计注水泥1858t。其中东翼回风大巷治理区段段长157m，注水泥浆838t。通过高压注浆对断层带进行注浆加固，同时通过岩屑录井、简易水文地质观测，对施工区域的注浆水及断层水、瓦斯等灾害情况进行了探查，这也可为东翼回风大巷安全施工提供依据（见图1、图2）。

3.过断层掘进施工方案

2019年3月东翼回风大巷开始进入aF1断层影响区施工，岩性为破碎带（灰色，致密块状，性脆，断口参差状，局部岩心呈靡状，夹粉砂岩呈揉搓状，岩心破碎）。对此，施工单位根据地面预注浆情况及实际揭露断层影响区岩性，并类比了2013年该矿103采区过aF1断层实例。经过分析研究，制定了以“锚网索喷+二次锚带网+注浆”联合支护为主的施工方案。具体如下：(1)一次支护形式为锚网索喷支护。过断层期间，缩小锚杆间排距，由原定的800×800mm调整至700×700mm，锚索间排距由原定的1500×2400mm调整为1500×1500mm（每排3根）。循环进尺1.4m，若岩性破碎缩小循环进度，每循环改为0.7m，同时打设撞楔超前护顶，撞楔采用2.5m长的6分钢管，与掘进巷道方向成3～5°向上打设，撞楔后部固定在金属网或棚子上，间距不大于200mm，外露出固定点200mm，超前支护控制距离不小于1.5m。(2)待巷道围岩压力得到初步释放，滞后迎头100m对巷道进行二次锚带网补强支护，最后注水泥浆加固围岩。支护参数如下：①二次支护锚杆选用GM22/2800-490，自巷道中顶向两侧纵向均匀布置8道M型钢带，眼孔间距800mm，排距800mm，金属网采用Φ6mm圆钢加工，长×宽=2100×900mm，网格150×150mm，全断面挂网，网片压茬不小于100mm，弯钩联接，逢环必挂，并对补强段起拱以上进行复喷，喷厚50mm。②注浆锚杆采用中空螺纹钢锚杆，锚杆规格为φ25×2500mm，杆体上顺序钻有φ6mm注浆孔，间距500mm，注浆锚杆间排距1500×1400mm，自巷道正顶向两侧每排7根；注浆压力1.5～2MPa，封孔长度不小于300mm。注浆水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，浆液水灰比0.7～0.8。

(3)局部岩性异常破碎和地面注浆加固效果差的地段，“锚网索喷”不能满足支护强度需求时，采用“架喷+锚索梁补强加固”支护，最后注水泥浆加固围岩。支护参数如下：①U36型钢支架净宽（起拱）×净高＝5483×4360mm，喷浆厚度为100mm（强度C20），棚距为600mm。搭接长度500mm，每处搭接位置采用三副卡缆固定，上下为限位卡缆和中部采用平卡缆，棚内采用钢筋网、铁背板腰帮过顶；钢筋网长×宽=2100×900mm，钢筋网纵横筋均为Φ6mm圆钢，网格大小为150×150mm；铁背板长×宽×厚=800×50×30mm、间距300mm、两端使用双股14#铁丝固定在钢筋网上；每棚搭接处中位卡缆上使用一个铁拉板，铁拉板采用长470mm、宽60mm、厚10mm的钢板加工。棚腿1m腰线处打设锁腿锚杆固定棚腿，锁腿锚杆每棚2根，锚杆规格型号为Φ22×2800mm。锚索梁长2600mm，眼距600mm，每排3根，锚索规格Φ17.8×6300mm，托盘规格为TPF300×300×14mm，每根锚索配合3卷Z2550型锚固剂。②锚索梁补强，11#工字钢梁沿巷道中顶位置布置一道，向左、右两侧偏移2.2m各布置1道，两棚腿1m腰线处各布置1道，共计5道锚索梁。锚索梁平行布置，前后不能错茬，锚索梁布置要成排上线，棚与锚索梁紧密接触，锚索规格为YMS17.8/6300-1860，锚索托盘采用TPF200×60/10型，锁具配套；每根采用3卷Z2550树脂药卷，锚索预紧力不小于120KN，锚固力不小于200KN，外露150～250mm，外露部分加护套管。锁梁采用11号工字钢加工，长3.6m，锁孔间距1200mm，一根梁3个孔，两端距眼孔各留600mm。③注浆参数同上，但注浆锚杆间排距为1500×1200mm。(4)支护断面附图3。

4.安全管理措施

1）断层水与瓦斯防治安全管理措施。根据东翼轨道大巷施工实揭资料和东翼2#运回联巷施工的aF1断层综合治理工程注浆水探放孔分析，巷道施工过程中主要受煤系地层砂岩裂隙水和东翼大巷aF1断层综合治理工程注浆水影响，预计最大涌水量为5m³/h，正常涌水量3m³/h，无大的安全威胁，对生产有一定影响。但断层破碎带内有断层煤，巷道施工过程中存在瓦斯涌出的情况。坚持“超前防治”的原则，三班进尺前必须打探眼，探眼个数不少于3个。打探眼时，如遇垮钻、顶钻、瓦斯变化异常现象时及探眼涌水量大于5m³/h时，必须立即停止作业，撤出人员，及时汇报矿相关科室及部门，分析原因，采取措施进行处理，防止瓦斯超限及水害。

2）保障过断层期间的安全管理方法。(1)掘进工作面遇到断层情况是不可避免的，意外总是发生在现场人员大意之时，因此加强施工安全意识教育十分重要，同时根据现场环境，采取安全保障措施。(2)强化施工现场安全管理。①技术员坚持支护质量检查。重点是支护材料质量、锚杆安装质量、架棚质量等，确保支护合理、支撑有力、安全可靠。②对过断层的巷道，必须加强对顶板的矿压监测。③顶板管理重点在井下现场，顶板安全质量管理的重心下移到班组，要求加强干部职工顶板管理和矿山压力基础知识培训和顶板事故案例分析，不断提高职工操作技能、对顶板危害性的认识和自主保安能力。④加强现场监督检查，坚持工程质量的责任追究制。⑤职工进入迎头作业前，必须坚持“安全确认”，割岩后严格坚持敲帮问顶制度，安排一人监护，及时处理危矸悬岩，并及时使用机载临时支护护顶。保持后路安全畅通，严禁空顶、冒险作业。⑥严格工程质量验收制度，对因施工质量差或验收不认真造成不良后果或事故的，要严肃追究责任。⑦加强质量验收监管。增强安监员、质量验收员的工作责任心，忠实履行职责，真正发挥安全“哨兵”的作用。

结语：袁店一井煤矿东翼回风大巷在过aF1断层破碎带期间，通过采取合理有效的安全技术管理措施后，掘进时平均日进度达3.5m，保持了较高的单进水平。大大提高了施工巷道过断层期间掘进效率及破碎顶板的稳定性，实现了既定的安全目标。为过断层安全快速掘进施工积累不少经验，能为具有类似地质条件的巷道施工提供借鉴。

参考文献：

[1]王九红.掘进巷道过断层破碎带支护方式探析[J].河南科技，2014：25-26.

[2]郝景龙.浅谈煤矿掘进快速过断层技术与支护安全[J].煤矿技术，2014：393.

[3]王君涛.掘进巷道过断层破碎带超前预注浆加固应用[J].山东煤炭科技，2016：35-36.

[4]李泽奎.掘进工作面过断层安全管理技术措施[J].山东煤炭科技，2018：113-117.

6