3305 工作面膠帶順槽綜掘過斷層的措施與經(jīng)驗(yàn)研究

王棟梁 張 良 宋蓬萊

（汶上義橋煤礦有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)寧 272500）

汶上義橋煤礦有限責(zé)任公司地質(zhì)條件較為復(fù)雜，順槽掘進(jìn)期間揭露的斷層多，巷道起伏變化大。3305 工作面膠帶順槽掘進(jìn)期間，揭露大大小小斷層20 余條，嚴(yán)重制約施工速度。因此根據(jù)斷層產(chǎn)狀選擇安全、高效過斷層的方法，對(duì)提高掘進(jìn)工效至關(guān)重要。

1 概況

3305 工作面膠帶順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度約1400 m，沿3煤層底板托頂煤掘進(jìn)，3 煤層傾角15°～22°，平均18°。頂板為中、細(xì)砂巖，堅(jiān)固性系數(shù)4～6；底板為細(xì)砂巖、泥巖，堅(jiān)固性系數(shù)2～4。煤層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，厚度約3.5～5.2 m，平均4.1 m。使用EBZ160掘進(jìn)機(jī)破煤矸，最大爬坡能力為18°，循環(huán)進(jìn)尺為1.6 m（偏差-200～200 mm）。煤層厚度小于4 m 時(shí)，沿煤層頂、底板掘進(jìn)；煤層厚度超過4 m 時(shí)，沿左側(cè)底板破右側(cè)底板托頂煤掘進(jìn)。

根據(jù)相鄰巷道支護(hù)及應(yīng)力顯現(xiàn)情況，在支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)選取中等以上安全系數(shù)的基礎(chǔ)上，由工程類比法確定3305 工作面膠帶順槽采用錨網(wǎng)索支護(hù)。錨桿的設(shè)計(jì)錨固力不小于100 kN，預(yù)緊力矩不小于200 N·m，錨桿間、排距偏差-100～100 mm。支護(hù)示意圖如圖1。掘進(jìn)施工兩排后，進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)和頂板永久支護(hù)。幫部支護(hù)滯后迎頭不大于6 排錨桿，空幫高度不超過2500 mm，幫部圍巖松軟或破碎時(shí)必須及時(shí)支護(hù)。

圖1 支護(hù)示意圖(單位：mm)

2 過斷層的方法

3305 工作面膠帶順槽上山掘進(jìn)，通過實(shí)踐摸索與設(shè)計(jì)優(yōu)化，錯(cuò)下斷層一般采取后退掃底壓頂?shù)姆绞酵ㄟ^，錯(cuò)上斷層根據(jù)斷層落差和巷道坡度的大小選擇逐段抬坡掘進(jìn)的方式通過。

2.1 后退掃底壓頂掘進(jìn)法

根據(jù)斷層的落差判定巷道壓頂?shù)暮穸?，如果落差小?.5 m，可以直接一次性壓頂。如果落差超過巷道高度的三分之二時(shí)，可以分臺(tái)階分段壓頂施工。壓頂后為確保巷道施工高度，需后退掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掃底。由于壓頂段處于斷層面附近，頂板巖石不連續(xù)不穩(wěn)定，需采取加強(qiáng)支護(hù)措施。

（1）確定壓頂厚度后，根據(jù)巷道高度推算出掃底厚度。根據(jù)巷道的坡度及掃底厚度，選擇合適的后退距離及掃底后的巷道坡度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般掃底前后的坡度差不宜大于7°，否則在掘進(jìn)過程中容易導(dǎo)致皮帶漂帶或壓輸送機(jī)機(jī)尾，影響施工進(jìn)度。后退掃底壓頂法示意圖如圖2。

圖2 后退掃底壓頂法示意圖

（2）相較于傳統(tǒng)定坡度下山掘進(jìn)和變平掘進(jìn)過斷層方法，該方案可以減少破巖石量，減少對(duì)掘進(jìn)機(jī)超負(fù)荷截割造成的損壞，降低煤流系統(tǒng)運(yùn)輸矸石的壓力，減少出矸期間煤矸分運(yùn)的工種配備。

（3）掃底期間，已掘巷道底板巖石堅(jiān)固性系數(shù)較低，且新掘巷道底板為煤，可明顯提高施工進(jìn)度。

（4）壓頂前，先對(duì)壓頂區(qū)域迎頭面進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)，錨桿使用Φ22 mm×2400 mm 高強(qiáng)無肋錨桿，距頂不大于400 mm，錨桿間距執(zhí)行規(guī)程要求。封迎頭護(hù)網(wǎng)與頂板支護(hù)平網(wǎng)連成一體，連接點(diǎn)要均勻布置，間距不大于300 mm。

（5）壓頂時(shí)，先使用風(fēng)鎬或手鎬在壓頂后的頂部刷出0.3～0.5 m 的空間并按規(guī)程要求進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)，嚴(yán)禁空頂作業(yè)。頂部支護(hù)后，在壓頂后的迎頭面頂部，按煤層走向布置一排前探錨桿控制頂板。錨桿使用Φ22 mm×2400 mm 高強(qiáng)無肋錨桿，錨桿伸入煤層不小于1.8 m，間距控制在0.4～0.5 m 范圍內(nèi)，使用雙股14#鐵絲將錨桿端頭綁在頂部支護(hù)平網(wǎng)上，與錨桿連接處至少纏繞兩圈并擰緊，與平網(wǎng)連接處纏繞不少于兩扣。

（6）壓頂支護(hù)2 排錨桿后，立即在壓頂?shù)牡?排和第2 排錨桿之間打1 排錨索+T 型鋼帶加強(qiáng)支護(hù)，錨索必須緊跟迎頭。

（7）壓頂長(zhǎng)度小于4 排錨桿時(shí)，必須短掘短支。短掘短支施工期間，距頂板1 m 范圍內(nèi)不得進(jìn)行截割。

（8）壓頂距離大于4 排錨桿后，根據(jù)揭露煤層硬度和托頂煤情況，由安監(jiān)員、班長(zhǎng)根據(jù)煤層情況，及時(shí)調(diào)整循環(huán)進(jìn)尺。

2.2 逐段抬坡掘進(jìn)

上山掘進(jìn)揭露錯(cuò)上斷層，傳統(tǒng)方法是直接定大坡度起坡掘進(jìn)，但受掘進(jìn)機(jī)爬坡能力的限制，不能一次性起坡。根據(jù)掘進(jìn)機(jī)爬坡能力、機(jī)身長(zhǎng)度、運(yùn)行狀況及皮帶運(yùn)行要求，每向前掘進(jìn)8～12 m（機(jī)身長(zhǎng)度10 m）起坡2°～4°，否則掘進(jìn)機(jī)容易跨在起坡臺(tái)階上，前進(jìn)后退極為困難，輸送機(jī)漂帶，甚至造成掘進(jìn)機(jī)“趴窩”或二運(yùn)卸載滾筒擠壓輸送機(jī)機(jī)尾滾筒的嚴(yán)重問題。以斷層FJ-3305-16 為例重點(diǎn)論述過斷層措施，落差7 m，巷道坡度17°，但由于施工坡度較大，還需采取防滑、防片幫等措施。逐段抬坡法示意圖如圖3。

圖3 逐段抬坡法示意圖(單位：m)

2.2.1 施工工藝

（1）先沿上盤煤層頂板施工，進(jìn)入下盤后先按19°上山施工10 m，再按21°上山施工。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)揭露斷層產(chǎn)狀及時(shí)調(diào)整坡度，每次調(diào)整坡度不得超過3°，每個(gè)坡度施工長(zhǎng)度不得小于10 m。

（2）過斷層破碎帶或斷層間托頂煤期間，短掘短支，循環(huán)進(jìn)尺變更為0.8 m，幫部支護(hù)滯后迎頭不大于4 排。若遇到頂板破碎易冒落、幫部松軟易折時(shí)，可先截割上部，達(dá)到支護(hù)空間要求后進(jìn)行支護(hù)，待頂板支護(hù)完畢后再割底煤。

（3）過斷層破碎帶或頂板破碎時(shí)頂部鋪設(shè)雙層網(wǎng)，錨索排距由2400 mm 調(diào)整為1600 mm，錨索緊跟迎頭，此種支護(hù)形式順延至地質(zhì)構(gòu)造帶范圍外至少5 m。頂部錨索伸入穩(wěn)定圍巖小于1.5 m 時(shí)，采用Φ21.6 mm×6500 mm 錨索加強(qiáng)支護(hù)。

（4）當(dāng)圍巖不穩(wěn)定，頂板破碎、易風(fēng)化、易冒落時(shí)，截割前及時(shí)打前探錨桿控制頂板，超前錨桿作為臨時(shí)支護(hù)并均勻布置在控頂區(qū)。超前錨桿間距400～600 mm，斜向上約20°～40°，外端用8#鐵絲綁在錨網(wǎng)上。

2.2.2 大坡度防片幫措施

（1）迎頭面上部超前施工0.3～0.5 m，嚴(yán)防出現(xiàn)傘檐、懸矸，否則必須先處理再作業(yè)。迎頭面上部掛設(shè)護(hù)網(wǎng)，護(hù)網(wǎng)與頂部護(hù)網(wǎng)使用雙股14#鐵絲連接，連接點(diǎn)間距不大于300 mm。

（2）人員作業(yè)時(shí)，不得背對(duì)迎頭面或未進(jìn)行支護(hù)的幫部，并隨時(shí)觀察迎頭面和兩幫，發(fā)現(xiàn)片幫、冒頂預(yù)兆時(shí)，人員立即撤至安全地點(diǎn)，待處理后再進(jìn)行作業(yè)。

（3）支護(hù)完頂板后，必須對(duì)幫部錨桿（頂板以下至少兩根）進(jìn)行掛網(wǎng)支護(hù)，防止片幫傷人。巖巷掘進(jìn)時(shí)幫部不再使用W 型鋼帶。

（4）迎頭作業(yè)時(shí)由跟班副區(qū)長(zhǎng)安排專人觀察迎頭面頂幫情況，嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問頂規(guī)定，隨時(shí)找掉迎頭面及頂幫活矸危巖，發(fā)現(xiàn)冒頂片幫預(yù)兆必須撤出作業(yè)人員，待頂幫穩(wěn)定后再進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。

（5）在掘進(jìn)機(jī)前行走時(shí)人員需間隔5 m 以上，前后錯(cuò)位行走，互叫互應(yīng)，防止摔倒或物料掉落、矸石滾落傷人。

（6）每班由跟班副區(qū)長(zhǎng)安排專人清理或平整積矸和大塊矸石，便于行人和嚴(yán)防大塊矸石滾落傷人。

（7）迎頭處風(fēng)水管路、工具及支護(hù)材料必須碼放整齊，確保退路暢通。跟班副區(qū)長(zhǎng)根據(jù)迎頭作業(yè)情況嚴(yán)控作業(yè)人員數(shù)量，并隨時(shí)觀察頂幫、安全空間及退路情況，確保安全暢通。

（8）在掘進(jìn)機(jī)前作業(yè)時(shí)，由跟班副區(qū)長(zhǎng)安排專人找掉迎頭面及頂幫松動(dòng)的活矸危巖，清理作業(yè)區(qū)域的大塊矸石，防止矸石滾落，確保安全退路暢通。在司機(jī)及副司機(jī)前增設(shè)防護(hù)欄，以防煤矸滑落傷人。

2.2.3 大坡度防滑措施

（1）掘進(jìn)機(jī)截割及停機(jī)期間，在履帶下墊浮矸或枕木，減小機(jī)身坡度，增加履帶摩擦力，防止下滑。掘進(jìn)機(jī)停機(jī)時(shí)，截割頭、鏟板落地，增加對(duì)地摩擦力。

（2）掘進(jìn)機(jī)截割期間，在底板上割出凹槽，形成掘進(jìn)機(jī)爬坡的“臺(tái)階”，防止掘進(jìn)期間下溜。

（3）巷道坡度超過21°時(shí)，使用固定錨桿配合圓環(huán)鏈鎖住掘進(jìn)機(jī)，防止截割及停機(jī)期間掘進(jìn)機(jī)下滑。在掘進(jìn)機(jī)機(jī)身左側(cè)幫部或底板上施工2 根固定錨桿，使用一根Φ22 mm×86 mm 圓環(huán)鏈配合連接環(huán)鎖住掘進(jìn)機(jī)。爬坡困難時(shí)，在巷幫兩側(cè)各施工2 根固定錨桿，分別使用一根長(zhǎng)度不小于10 m的Φ22 mm×86 mm 圓環(huán)鏈配合固定錨桿與行走部?jī)蓚?cè)側(cè)拉油缸連接，助力行走。固定錨桿Φ22 mm×2400 mm 的高強(qiáng)無肋錨桿，外露不超過400 mm，每根錨桿的拉拔力不得小于50 kN。圓環(huán)鏈的兩個(gè)鏈環(huán)分別固定在兩根固定錨桿上，錨桿螺母緊固滿絲，隨掘進(jìn)縮短圓環(huán)鏈。

（4）掘進(jìn)機(jī)爬坡受限時(shí)，應(yīng)在履帶中間靠后側(cè)墊實(shí)硬質(zhì)枕木，結(jié)實(shí)底板，助力爬坡。通過鏟板向下鏟煤堆積的形式不斷抬高掘進(jìn)機(jī)的機(jī)身高度，在空間上實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的前進(jìn)。

（5）上山施工超過23°以上時(shí)，墊實(shí)枕木和堆積煤矸無法助推行走時(shí)，后退掘進(jìn)機(jī)，在履帶行走路線上施工地錨+14#槽鋼。槽鋼長(zhǎng)1 m，每根槽鋼配合兩根地錨固定在底板上，兩側(cè)履帶行走線路上交叉均勻布置成掘進(jìn)機(jī)行走軌道。

2.2.4 方案優(yōu)點(diǎn)

（1）逐段抬坡，有效避免了壓輸送機(jī)機(jī)尾和漂帶撒煤的現(xiàn)象，有利于煤矸的順利運(yùn)輸。

（2）每次抬坡不大于3°，有效避免了掘進(jìn)機(jī)跨在變坡點(diǎn)的兩側(cè)，有利于掘進(jìn)機(jī)行走。

（3）相對(duì)于傳統(tǒng)的后退挑頂過斷層方法，直接實(shí)現(xiàn)有效進(jìn)尺，而無需后退二次重復(fù)施工，可以提高工效，縮短工期。由于巷道較高，后退挑頂工藝復(fù)雜，逐段抬坡施工安全系數(shù)更高。后退挑頂需破壞原有頂幫錨網(wǎng)索支護(hù)，材料消耗量加大。

（4）炮掘過斷層需打眼施工，且容易留有殘爆、拒爆隱患，掘進(jìn)機(jī)截割危險(xiǎn)系數(shù)增加。若回撤掘進(jìn)機(jī)，再安裝耙裝機(jī)耙裝，回撤安裝工時(shí)多，且頻繁起吊安全系數(shù)低，不利于快速高效掘進(jìn)。

3 結(jié)論

汶上義橋煤礦有限責(zé)任公司通過頻繁過斷層，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷在實(shí)踐中優(yōu)化施工方案及措施，錯(cuò)下斷層采用后退掃底壓頂?shù)姆绞酵ㄟ^，錯(cuò)上斷層采用逐段抬坡掘進(jìn)的方式通過，相較于傳統(tǒng)過斷層方式，過斷層的工效提高兩倍，具有工藝簡(jiǎn)單、勞動(dòng)強(qiáng)度低、施工速度快、安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，已推廣應(yīng)用于其他兄弟礦井，為綜掘快速高效過斷層提供了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。