煤矿掘进工作面过断层安全施工研究

摘要：煤矿开拓掘进巷道经常遇到一些断层结构，影响施工安全。据统计，煤矿顶板事故占各类事故总数的36％以上，其中，由于巷道施工过断层带发生的冒顶事故占大多数。研究断层危害的机理，探讨安全过断层的方案和措施对安全生产有着重要意义。刘庄煤矿井田断层200余条，为此应在巷道支护、施工工艺和安全措施等方面认真探索与实践，选择掘进施工方案，为煤矿科学、安全发展提供保障。

关键词：煤矿；断层施工；安全

中图分类号：C93　文献标志码：A　文章编号：1000－8772(2012)03－0109－02

引言

中国能源消耗以煤炭为主，煤炭占一次性能源比重的76.8％，煤炭总产量约占世界产煤总量的48％。由于煤炭赋存条件复杂，特别是在断层带，岩石受力超过其承受力时，产生破裂，形成微隙，当许多微隙连在一起时，形成一个断面层，断层给巷道掘进增加了危险因素。国投新集公司刘庄煤矿井田位于安徽省颖上县境内。井田面积约90平方公里，地质储量15.6亿吨，可采储量6.8亿吨。井田内发现断层207条，其中正断层199条，逆断层8条。按断层的最大落差大小划分，分别有大于等于100m的12条，小于100m而大于等于50m的11条，小于50m而大于等于30m的21条，小于30m而大于等于20m的32条，小于20m而大于等于10m的57条，小于10m的74条。刘庄煤矿151301工作面煤层顶板特征为黑色，顶部及中上部以块状为主，下部以粉末状为主，含少量块煤。煤岩成分由亮煤、暗煤及少量镜煤组成，内生裂隙较为发育，条带状结构较明显。玻璃光泽－弱玻璃光泽，属半亮型煤，夹矸为泥岩或炭质页岩。顶板泥岩为灰色，断口平坦，局部含砂质。13－1煤层顶板细砂岩：浅灰～灰白色，主要成分为石英、长石、少量菱铁等暗色矿物，硅质胶结，菱铁、泥质线理及条带组成较清晰的水平层理，局部垂直裂隙发育，下部粒度变粗；地层产状，煤岩层为一单斜构造，煤岩层走向为78°～82°，倾向为168°～172°，倾角10°～13°，平均倾角为11.5°。褶曲和断层，预计拨门施工至86m处将揭露F67断层，F67 310°～350°∠39°～45°H＝1m。掘进期间，煤层顶板砂岩局部富含砂岩裂隙水将是影响工作面正常掘进的主要充水水源。地质部门提供掘进期间正常涌水量0，3～2mVh，最大涌水量2m3/h。

一、过断层的方法

随着矿井开采的深度不断增加，目前工作面开采的地质条件越来越复杂，工作面过断层开采技术已成为煤矿必须研究的重要课题之一。一般而言过断层的方式要看顶板的状况，如过顶板较好时，不破坏顶板，而以卧底为宜；挑顶卧底的坡度应与辅助运输、皮带运输以及掘进机的使用等相协调适应。

1.过小断层的方法。一般在落差大于5m时，巷道施工中就会事先处理，但在回采阶段，往往存在许多较小的落差，不仅使工作难度增加，更威胁到现场作业人员安全。针对小断层设计，采用后退挑定法和后退卧底法两种方法，保证了安全作业。151301巷道过断层施工，2011年6月至7月施工揭露落差2m的逆断层275m，断层的下盘煤沿巷道方向成上升趋势，随即制定施工方案按平巷施工。平均8.3m／日，单进水平为248.4m／月，巷道提前掘进到位，为后期的采煤工作创造了有利的条件。过F67断层后跟13－1煤顶板施工，根据地质剖面，巷道将不施工全岩巷道。揭露断层后，按照逮顶煤施工方案，根据逆断层上盘煤线影响范围，采取一系列安全过断层措施。(1)后退挑定法。断层面造成掘进施工方向上的煤层上移时，巷道的顶部刚好到达断层面下盘的煤层顶板。应使用锚杆支护顶层，保证支护稳定，便可继续向前掘进。(2)后退卧底法。断层面造成掘进施工方向上的煤层下移的时候，巷道的顶部刚好到达断层面的上盘的煤层顶板。应使用锚杆支护顶层，支护稳定之后方可继续施工。

2.过大断层的方法。大断层围岩破碎松软，常规的方法和支护措施很难顺利通过，应注浆加固围岩。施工中应先导硐后注浆，因为巷道断面较小，周围岩石的松动圈小，采用小断面导硐能顺利通过断层破碎带。在小断面巷道过断层后，再在巷道内以2.0m的间距，按成巷后的设计断面轮廓线1.5m的间距，布置注浆钻孔，钻孔深度以到达围岩加固拱1/3的位置为准。在施工至断层面10m左右的时候停止掘进，安装一个混凝土止浆垫，然后对迎头10m范围内的巷道喷浆进行封闭。然后从其前方、侧面、顶部和底部以一定角度打注浆孔，深度和密度可根据具体情况而定，注浆之后方可正常施工。

二、过断层的支护安全措施

1.锚网支护与架棚支护。过断层时，迎头一定要解决好支护工作。煤层厚度为三米左右时，一般都会采用锚网支护，锚梁网支护巷道增加高度，多打两根锚杆，不会影响到巷道的使用。但是当巷道遇到地堑、地垒等构造，两断层间距在15m以内时，断层两侧除了打锚索来加强支护之外，必须打托棚来加强对其的支护，以防断层间岩体滑落而导致巷道事故的发生。但是如果断层的间距大于30m时，要在断层处打托棚加强支护。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。严格坚持敲帮问顶制度，安排一人监护，及时找出悬矸危岩，并用临时支护接顶。

2.加强地质基础工作调查。认真研究地质资料，制定出具体的施工方法与安全保护措施。尽量减少围岩暴露的时间，争取一次成巷。(1)坚持使用前探梁临时支护与逼迎面墙装置等，严禁空顶的作业。凡是没有使用前探梁等临时支护的工作面的应该立刻停止作业。临时支护要紧跟迎头，放炮过后一定要及时将前探梁转移到工作面迎头，务必使现场人员在坚实的前探梁等临时支护的掩护下进行施工。(2)正确选择和使用支护方式。在选择支护方式时要充分考虑到顶板的岩石性质和支架的承载能力。首先必须用锚杆支护加固顶板，使之成为一组合梁，来增强其强度，保持它的完整性。然后再用支架来支撑顶板。事先装备防倒棚装置，以免造成冒顶事故。(3)严格地按照施工方法来进行巷道支护。使用棚架来支撑巷道时，必需要用拉杆或者撑木，使棚架成为一个整体，以免造成冒顶事故；当遇到断层面时要缩短棚距。(4)合理选择爆破参数，控制装药量，掏槽眼尽可能靠近底板，加大支护密度，减少对围岩和顶板的震动和破坏，保持围岩的稳定性和顶板的完整性。(5)在施工中要严格执行操作的规程，在交接班和安全检查的时候，要随时注意周围的巷道的状况，发生变化时，要及时上报和处理。遇到地质变化需要改变支护措施时，施工人员不得随意改变，要上报审批后才可以按照制定的措施来施工。对常见的过小断层和大断层安全措施和安全注意事项外，要加强安全技术培训，提高安全技能。