综掘工作面快速高效过断层技术研究
时间：2023-03-22 23:55:02 来源：千叶帆 本文已影响人
詹天宇
（山西新景矿煤业有限责任公司，山西 阳泉 045008）
在煤矿巷道进行掘进过程中，因为构造应力对巷道所产生的影响，就会使顶板围岩发生破碎，容易造成煤岩巷有冒顶事故发生，导致损失比较严重。以此为基础，华阳集团某矿通过选取锚网索复合支护来补强顶板，并经过化学药剂的注射而将顶板所存在的支撑力与完整性提高，降低巷道围岩受构造应力所带来的挤压的影响，进而保证掘进过程中的施工安全与工程质量[1]。
华阳集团某矿2802 运输巷即为2802 综采工作面进行回采过程中的运输巷道，将断面设计成矩形，设计的净高、净宽、净断面积分别是3.8m、5.4m、20.52m2。将锚网索复合支护的方式使用到巷道中，在掘进巷道时，会使用综掘机，且综掘机的型号是EBZ-260，该型号综掘机的掘进方向与煤层底板的相同，巷道方位设计成270°，整个煤层倾角是7°～9°。
在探查矿井井田区域中的异常的构造时，可以使用三维地震勘探来进行，得知，2802 工作面中的400m位置处有断层发生。掘进2802运输巷，并掘进到400m时，在对超前地质进行施工之后，再验证探查其构造体是否真实，得知，在钻孔之前的30m 都是煤层，钻孔后30m 的会见岩，且角度不同，在穿岩过程中，不同程度地提升了钻机系统的压力，说明在钻进过程中会遇到不同的岩性，会遇到砂岩、泥岩，砂岩的质地比较硬，泥岩的硬度比较小，这就体现了断层没有相同的落差。该断层会影响巷道的掘进，经过对探查钻孔进行施工，未有水从孔中冒出，导水性不明显，在掘进过程中，构造体会影响顶板，煤层是较为松软的，顶板破碎，不易支护。
2.1 分析快速综掘技术
当2802运输巷过断层过程中，首先要煤巷掘进，然后掘进到岩巷，再将缺少的煤层找到，然后顺着煤层进行施工，直至断层出现，第二次从岩巷进到煤层，过断层的次数一共是2次，这个过程中，在综掘机靠近断层面时，由于原始地应力的影响，该区域煤岩体是松软易破碎的。在从煤层位置进到岩巷时，综掘机需卧底下切，这样会影响综掘机底板所具有的支撑力；
在综掘机从岩巷再次进到煤巷时需要挑顶上山，不易顶板支护，而且不管挑顶还是卧底，均将综掘施工的工程量增加了，限制了综掘进度。为了使综掘机掘进坡度最大在12°以下及最佳工程设计的要求得以满足，可以此为参考来对巷道施工坡度进行设计。图1就是综掘机过断层剖面图。
图1 综掘机过断层剖面图
为了防止综掘机掘进过程中遇到的岩层的质地比较硬，而严重磨损截割头的截齿，及在破岩过程中增加了截割摇臂的负荷，而使综掘机长期超负荷运转所损坏的设备减少，应按照超前探钻孔来将资料揭露，提前将巷道坡度设计好，将掘进过程中设备的维修加强，保证运行[2]。
2.2 分析过破碎带过程内的顶底板支护技术
当2802 运输巷进行过构造过程中，因为顶板围岩发生破碎，降低了整个结构的稳定性，一般的支护方式无法补强顶板，所以就使用钢带+锚杆索挂网复合支护方式来取代一般支护。所使用的顶锚杆的规格是BHRB-335/∅20mm×2500mm，且是高强度正旋锚杆，依据五花眼方式来对施工进行布置，将间排距设计成1000mm×1000mm，将锚杆补打到与帮距离250mm 的位置，数量是1根，使用锚固剂来进行锚固，锚固剂型号分别是CKB2340、22388，锚固外段的是22388，锚固孔底的是CKB2340，提高锚固速度；
将锚杆布置到帮部，且锚杆布置依据的三花眼方式，设计间排距是1200mm×1200mm；
将顶板锚按照三花眼方式来进行布置，使用钢绞线，且钢绞线的型号是∅21.6mm×7200mm，设计的间排距是1200mm×2000mm，在对锚索与锚杆施工时，二者一定要插花间隔的进行，防止顶板穿孔，将悬吊锚固的成效降低。
在完成顶帮锚索、锚杆之后，会选用规格是300mm×300mm×16mm 的锚索托盘，且该型号锚索托盘是可调心的、高强度的。在结束锚杆的打设之后，会选用锚杆托盘垫片和“W”型钢带来复合加固，“W”型钢带的长与宽分别是4200m、280mm，“W”型钢带的中心与两侧孔之间的距离是1m，1 条钢带上一共可以施工的锚杆是5 孔，会与尼龙垫片与调心球垫配套着使用，最大程度降低摩擦阻力。
锚索要和MX形锁具支护、调心托盘配套着使用，选用的调心托盘的规格是300mm×300mm×16mm；
将规格是100mm×100mm 的金属网挂设到顶帮，且金属网是片状菱形的，将该钢丝网进行搭接，进而联网，使每张网的规格都是1100mm×2200mm，基于锚网索综合支护，能够有效避免过构造过程中漏岩片帮面积较大而导致发生网兜问题。在掘进过程中，可对钻孔超前施工，将马丽散加注到破碎的顶帮中，进而使破碎顶板更加粘接，使整体更加完整，有利于施工顶板支护。图2就是过构造期间顶帮支护图。
图2 过构造期间顶帮支护
当2802 运输巷掘进过构造过程中，为了对巷道围岩在使用措施之后的形变与应力效果进行分析，可以从帮部位移、监测锚杆的受力变化及顶板移近量等方面来进行，在上述方面中，最直观的观测的就是顶帮位移移近量。所以，将监测布置到巷道掘进过构造之前与之后的30m区域中的应力集中范围中。为了更好地对使用措施之前与之后的支护成效进行观测，可以在未过构造之前的30m 区域中布置测点，共布置2 个测点，分别为测站1、测站2,2 个测点的距离是15m，在过构造之后也设置2个测点，分别是测站3、测站4。将顶板离层仪布设安装到测站上，顶板离层仪的布设会依据巷道的不断掘进来进行，安装与布设不可同时进行，布设要先于安装5m，依次将4个测站进行安装，在结束安装之后，将15d作为1个观察周期，得出了如图3所示的巷道移近量图。
图3 巷道移近量
通过分析图3发现：测站1 说明在掘进过程中，自布置至观测周期中顶板移近量无较大波动，比较平缓，由于动压所产生的影响，随着时间的增长，顶板移近量逐渐走向稳定，直至接近300mm,并持续了较长时间，这就体现了顶板下沉比较缓慢，在下沉至受力平衡时停止下沉；
测站2因为与断层面的距离比较近，由于综掘机的不断推进，距离构造区域越近应力就更集中，顶板位移在刚开始安装时的移近比较缓慢，从开始到第3d 移近量就从375mm 下降到了323mm，可在第3d 至第5d，移近量就变缓了，变化至136mm，进而逐渐走向稳定[3]；
测站3 最高的顶板位移量是571mm，顶板位移量从第1d 开始快速下降，一直下降至第7d，下降速度减缓，顶板位移量变为42mm，继而逐渐稳定；
由于测站4 与断层面的距离比较远，那么整个变化周期不长，基本在5d 之内就逐渐稳定了，移近量也逐渐平缓。这就说明构造区域所影响的范围中的动压持续的时间不短，应力比较集中，就造成顶帮移近量快速改变，可在使用复合支护进行加固之后，测站1 可以增长持续时间，增长到15d左右，可加固之后，测站4与测站3在短时间内就能受力平衡，可以对顶板下沉进行很好的控制，降低移近量，很好地控制了巷道变形[4]。
（1）当综掘巷道过构造带范围时，作用到巷道两侧的应力是最集中的，最不易顶帮支护的，需要避免突然释放应力而发生来压、冒顶事故，防止由于工程质量达不到合格标准而发生事故。
（2）经过未过构造之前提早注浆来将超前支护加固，选取锚网索复合方式来将顶帮加固，这样不但可以支护补强顶板，还能够将过构造过程中释放应力而造成的巷道变形缓解，保证巷道断面是有效的，降低对巷道支护与围岩所产生的影响。
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