过连续断层区煤巷掘进及支护技术研究_朱海峰.pdf

煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 0引言 巷道掘进过程中常存在过复杂地质构造的情况， 其中以遇断层构造最为普遍。 断层是漫长历史时期中 形成的构造， 是岩体中自然存在的特殊结构弱面。断 层的出现不仅会影响巷道的正常掘进， 而且在构造应 力作用下， 断层影响区域内的围岩力学强度很低。因 此巷道掘进过程中，在地应力和工程扰动的影响下， 使处于塑性状态的围岩发生渐进性损伤破坏， 并最终 造成巷道的失稳变形。 现阶段， 我国煤矿工作面巷道掘进中， 在遇落差 不超过煤层厚度的小断层构造时， 常采用直接强过断 层的方式。在遇落差达 3～6m 的断层时， 则采用后退 挑顶或后退卧底方法， 并配合相应的支护方式以保证 巷道围岩稳定。 但在过连续断层情况下的掘进和支护 方式选择却很少涉及， 本文以王晁矿 20408 工作面为 工程背景， 对运输顺槽过连续断层构造时的掘进支护 方式进行研究， 并分析巷道围岩变形情况。 1工程概况 枣庄王晁煤矿有限责任公司隶属于台儿庄区区 属国有控股有限责任公司， 矿井位于滕州市级索镇境 内， 目前主要回采 3下、 12下、 14、 16、 17 煤层。 其 20408 工作面位于 204 采区，主采 12 下煤层厚度 0.30～ 2.37m， 平均厚度 1.20m， 可采性指数 0.95， 开采标高 为 - 270～- 470m， 属大部可采薄煤层。 12下号煤层顶底 板岩性及理化性质见表 1。 表 112下煤层顶底板岩性及理化性质 巷道掘进中发现 顶板岩层不甚坚硬， 胶结松散， 加上小断层十分发育， 将顶板切割的支离破碎， 极易 冒落， 初次跨落步距为 25m， 日常下沉量 20mm， 最大 来压下沉量 40mm， 属二级一类顶板。老顶为胶结致 密坚硬的长石～石英砂岩， 常形成 20～30m 的空顶， 过连续断层区煤巷掘进及支护技术研究 朱 海 峰 （王晁煤矿有限责任公司 ，山东 枣庄 277518 ） 摘要 王晁矿 20408 工作面运输顺槽沿 12下煤底板掘进过程中连续穿过断层区，造成巷道呈 V 字 形地堑构造， 不利于巷道施工及后期运输。因此， 本文提出采用巷道后撤挑顶施工上山的方式过连续 断层区， 并采用厚壁钢管配合木枇作临时支护， 锚网锚索作永久支护以保证围岩稳定。通过对运输顺 槽围岩变形情况进行观测， 得出巷道变形趋势为前期变形快， 后期逐渐趋于平缓， 最终变形量能够满 足巷道正常使用的要求， 从而为类似情况下的巷道掘进及支护技术应用提供参考依据。 关键词 连续断层区 ； 地堑构造 ； 围岩稳定 ； 支护方式 中图分类号 TD823文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 01- 0056- 03 Research on Driving and Supporting Technology of Coal Roadway in Continuous Fault Area ZHU Haifeng （WangchaoCoal Mine Co.Ltd ,Zaozhuang 277518 ， China ） Abstract When the conveyance chute of 20408 working face of Wangchao Coal Mine driving along the bottom of 12 coal seams encounters continuous faults, the roadway is V- shaped graben structure, which is not conducive to roadway construction and later transportation. Therefore, this paper proposes to adopt the way of retreating and lifting the roof of the roadway to go up the hill to cross the continuous fault zone, and touse thick- walled steel pipe with wood bracket as temporary support, anchor net and anchor cable as permanent support to ensure the stability of surrounding rock. By observing the deation of the surrounding rock along the transport channel, it is concluded that the deation trend of the roadway is fast in the early stage and gentle in the later stage. The final deation can meet the requirements of the normal use of the roadway, thus providing a reference basis for the application of roadway excavation and support technology in similar situations. Key words Continuous fault zone ; Graben structure ; Stabilityofsurroundingrock ; Support 煤层编号位置岩性厚度/m 平均抗拉 强度/Mpa 平均抗压强 度/Mpa 稳定性 12 下 顶板 粉砂岩5.422.179.4 不稳定∫ 中等稳定 砂质泥岩5.152.037.6 泥岩2.832.052.0 底板 石灰岩 （八 ） 1.57～4.584.3113.7坚 固 56 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 极难冒落， 属来压强烈型顶板。 直接底板为为八灰， 局 部八灰沉缺，相变为泥岩，普遍含泥岩伪底， 厚 0.15m。底板凹凸不平， 井下常见灰岩挤入煤层， 形成 “灰岩穿刺” 构造， 使煤层局部变薄。 20408 工作面运输顺槽设计沿 12下煤底板矩形 断面掘进 835m， 采用综合机械化掘进工艺， 锚网锚索 支护。 当掘进到 453m时， 巷道揭露两条正断层。 巷道 揭露第一条落差 5.0m的正断层后，断层将煤层断开 至巷道底板以下， 在施工下山找煤期间， 迎头又揭露 一条落差 14m的正断层， 将煤层抬高至巷道顶板， 形 成了一处地堑构造。 巷道遇连续断层区岩性变化示意 图如图 1 所示。 图 1巷道遇连续断层区岩性变化示意图 2巷道掘进及支护方式 为避免巷道过连续断层时形成的地堑式构造对 后期施工和运输的影响， 并考虑掘进效率及煤炭资源 回收量等情况下， 设计对 20408 工作面运输顺槽在断 层影响区外进行如图 2 所示的挑顶施工上山， 其具体 施工如下 1 ） 挑顶施工 自运输顺槽地质勘测点 J9 外延 7m 开始由外向里逐排以锚杆位置依次进行挑顶施工， 并 紧跟放顶迎头施作金属网、 锚杆及锚索等进行巷道二 次支护。 施工时， 先解开顶板金属网， 清空网后冒落矸 石， 随后卸掉锚杆托盘， 并使用专用找顶工具进行挑 顶定位， 然后采用风钻打眼爆破法进行挑顶施工。挑 顶时以 J9 号点向外 7m为基准，距离巷道顶板 1.3m 设好腰线， 挑顶前需按 250‰坡度将挑顶范围内腰线 标定完毕， 打眼挑顶时以基准处巷道高度现场确定需 挑顶厚度， 挑顶后确保该段巷道顶底板成一个坡度。 采用爆破法进行挑顶施工时， 为保证顶板稳定性 和巷道安全， 炮眼炸药量控制在 0.1～0.2kg， 单次放炮 仅起爆 2 个炮眼， 炮眼封孔炮泥长度严格执行 煤矿 安全规程 相关规定。冒落矸石直接垫在该处巷道底 板上，并将原老巷道垫实，且保证巷道高度不低于 2.3m， 底板要清理平直方便人员行走。 2 ） 巷道支护 挑顶前， 需对施工段巷道采取临时 支护，即可采用 2 根长度为 4.5m 的 DN50 厚壁钢管 作为前探梁支护， 接顶木枇采用长宽厚 2200 20050mm 的木枇或长度不小于 2200mm 半圆木接 实顶并用木楔加固。 挑顶后， 巷道顶、 帮支护采用锚网 锚索进行支 护， 锚杆排距 1.0m， 间距 0.8m。两帮采用煤矿井下用 双向拉伸塑料护帮网护帮， 2.2m 钢筋梁压网， φ14 1500mm 圆钢锚杆锚固， 锚杆自距顶 400～500mm 处 布置， 间排距 10001000mm。 锚索排距 1.0m， 采用双 锚索梁进行支护每隔 1.0m 施工一组锚索，每组 2 棵； 施工锚索时沿巷道中心线布置， 紧跟迎头打设， 当 前排锚索距迎头最前一排锚杆超过 1.0m时及时打锚 索。放炮前永久支护 （锚杆） 至迎头距离不大于 1000mm， 放炮后永久支护 （锚杆） 至迎头距离不大于 2000mm。 安装永久支护的锚杆时， 托盘必须与围岩接触严 密， 托盘、 螺母要上紧上牢， 顶板螺纹钢锚杆露出螺母 长度 10～100mm，两帮圆钢锚杆露出螺母长度 10～ 50mm， 锚索露出锁具长度为 150～250mm。迎头矸石 达到可以进行顶板锚杆支护的高度时， 必须及时进行 顶板锚网支护， 挑落煤 （岩） 堆积无法进行锚杆支护 时， 必须先处理矸石再进行支护。 3围岩变形情况 图 2巷道表面位移监测断面示意图 巷道挑顶施工完成后， 巷道表面位移观测采用改 进的 “十” 字交叉法进行测量， 在巷道内断层影响区中 心位置布置一个测点， 布置方式如图 2 所示。在顶底 板和两帮中部分别垂直于表面打 φ28mm0.4m 的 钻孔， 然后将长 φ20mm0.5m的螺纹钢放置在钻孔 中央，并且使用一支 z235 树脂锚固剂将螺纹钢锚固 在钻孔内， 并外露 50mm。根据图示几何位置， 具体测 量方法如下 在 A、 B 之间拉紧测绳， 并用钢卷尺读取 AB值， 以测量顺槽顶底板的移近量； C、 D之间拉紧一 铅垂线， 读取 CD的值， 以测量两帮的偏移量。 57 ChaoXing （上接第 55 页 ） 5 ） 连续注氮气， 惰化采空区自燃， 每天注氮量约 5.4 万 m3，回风隅角和回风侧采空区内 O2浓度控制 在 7以下， 有效抑制了采空区内遗煤自燃。 表 1每日 CO 最大值情况 5总结 1 ）易自燃厚煤层收作前， 一定要合理采高， 避免 留顶煤， 不给防火工作埋下隐患。 2 ）收作刷面时，要加强顶板管理，尽量减少掉 顶； 如果出现掉顶， 必须立即进行充填加固， 同时该区 域做为防火管理的重点。 3 ）要对自然发火原因分析，准确确定隐患点的 位置， 提高了措施的针对性， 可以迅速控制自然发火 隐患， 避免自然发火事故。 4 ）面内及采空区采取注胶、 加密检测、 加强封 堵充填等全方位的防治措施，坚决杜绝易自燃复合 顶厚煤层综采工作面逮顶煤收作期间煤层自燃事故 的发生。 5 ） 对易自燃复合顶厚煤层综采工作面逮顶煤收 作期间防火管理， 思想要重视， 态度要坚决， 措施要齐 全， 执行要到位， 持之以恒， 直到永久封闭结束。 6 ）对于内蒙地区易自燃煤层， 在工作面收作前， 必须做好防火材料、 设备的储备工作， 同时人员要保 障到位， 确保防火措施的落实。 作者简介 马权 （1981 年 -） ， 男， 工程师， 毕业于安徽理工大学， 现任 淮南矿业集团泊江海子矿地质通防部副科长，主要从事矿井 通风、 瓦斯、 防火等技术管理工作。 （收稿日期 2019- 3- 26） 煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 对 20408 运输顺槽挑顶完成后即进行观测， 观测 周期为 2 个月，前期受施工扰动影响巷道位移较大， 设置为每天观测一次， 后期巷道逐渐稳定， 改为每两 天观测一次， 观测结果记录成表， 断层影响区内的巷 道围岩变形量如图 3 所示。 图 3运输顺槽围岩变形观测结果 通过图 3 可以看出 运输顺槽围岩位移量的变形 趋势为前期变形快， 后期逐渐趋于平缓， 巷道顶底板 移近速度在支护初期为 14 mm/d， 两帮最大移近速度 为 12.5 mm/d，随着时间推移，巷道变形速度越来越 小， 最终稳定在 0.1mm/d 左右。 至观测结束， 两帮移近 量约为 150mm， 顶底移近量约为 190 mm， 此时运输 顺槽断面能够满足现场运输要求。 4结论 本文以王晁矿 20408 工作面运输顺槽过连续断 层区为背景， 提出采用后撤挑顶的方式避免巷道沿底 煤掘进出现的 V 字形地堑构造，并以钢管 木枇组 合作为临时支护， 以锚网 锚索组合作为永久支护保 证巷道断面的稳定性。 通过现场观测得出巷道围岩位 移量的变形趋势为前期变形快，后期逐渐趋于平缓， 最终围岩变形量满足巷道断面的实际要求， 从而为类 似情况下的工程提供参考依据。 参考文献 [1] 晁建伟. 回采巷道过断层顶板破坏特征研究[D].河南理工 大学,2007. [2] 孟庆彬,韩立军,齐彪,文圣勇,陈轲,黄小忠,孙茂贵. 复杂 地质条件下巷道过断层关键技术研究及应用[J]. 采矿与 安全工程学报,2017,3402199- 207. [3] 贺喜泽. 井下掘进巷道过断层支护技术探究[J]. 机械管理 开发,2018,33 （03） 85- 86150. [4] 于鉴. 掘进巷道过断层支护技术与安全监管研究[J]. 煤矿 现代化,2018 （04） 52- 5356. 作者简介 朱海峰 （1981-） ， 男， 山东滕州人， 毕业于山东科技大学 采矿工程专业， 工程师， 现于枣庄王晁煤矿有限责任公司生 产技术科从事采掘技术管理工作。 （收稿日期 2019- 3- 22） 58 ChaoXing