王 鵬
(大同煤礦集團(tuán)大斗溝煤業(yè)有限公司,山西 大同 037001)
大同煤礦集團(tuán)同忻煤礦三盤區(qū)5201 巷北東部為三盤區(qū)巷,北西部為8202 設(shè)計(jì)工作面,南東為8206 設(shè)計(jì)工作面,南西為回采邊界。5201 巷為8201 綜采工作面回風(fēng)巷,滿足8201 綜采工作面生產(chǎn)時(shí)的通風(fēng)、行人、運(yùn)輸物料、管線吊掛等的需要。
5201 巷掘進(jìn)煤層為2#煤層,煤層平均厚度為3.6m,巷道設(shè)計(jì)長度為1780m,巷道斷面為寬×高=5.2×3.6m,截至目前5201 巷已掘進(jìn)480m,2201 巷已掘進(jìn)到位。
5201 巷直接頂主要以泥巖與粉砂巖混合層為主,巖體成層狀結(jié)構(gòu),易破碎,平均厚度為4.7m;基本頂主要以細(xì)砂巖為主,平均厚度為11.5m。根據(jù)礦地測科提供資料顯示,5201 巷掘進(jìn)至490m 處揭露一條F1 逆斷層,其中H=1.5m,∠42°,如圖1 所示。為了保證施工巷道安全快速過斷層,初步設(shè)計(jì)采用仰斜法過F1 斷層。
圖1 5201 巷F1 逆斷層剖面示意圖
(1)5201 巷回采至472m 處,在工作面施工三排爆破鉆孔,鉆孔以5°仰角布置,鉆孔排距為1.0m,每排施工8 個(gè)鉆孔,鉆孔間距為0.7m,鉆孔深度為1.0m。
(2)爆破鉆孔施工完后,在鉆孔內(nèi)依次填裝礦用乳化炸藥及毫秒延期電雷管,每個(gè)炮孔裝藥量為300g,采用松動(dòng)爆破工藝,每次爆破炮孔數(shù)不得超過5 個(gè)。
(3)當(dāng)巷道爆破掘進(jìn)18m 且揭露上盤斷層煤層頂?shù)装搴?,施工巷道沿上盤煤層頂板繼續(xù)掘進(jìn)。
(1)施工效率低。采用松動(dòng)爆破仰斜法過F1斷層時(shí),每掘進(jìn)一茬需在工作面施工三排松動(dòng)爆破孔。通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn),三排爆破孔施工時(shí)間為1.5h;裝藥、連線、爆破等工序需2.0h;工作面排矸需0.8h;補(bǔ)打頂板支護(hù)需2h。每一循環(huán)用時(shí)為6.3h,全天掘進(jìn)量為2.4m,過F1 斷層需用時(shí)8d。
(2)煤柱損失量大。采用仰斜法過斷層時(shí)需對(duì)底板預(yù)留三角煤住,總長度為18m,預(yù)留煤柱量約為500t,造成煤柱損失量大,巷道標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量差,經(jīng)濟(jì)損失達(dá)40 萬元。
(3)頂板維護(hù)難度大。5201 巷過斷層時(shí)需破頂巖,破巖厚度為1.5m,而施工巷道頂巖主要以混合巖層為主,巖體巖石普氏系數(shù)f <4.0,巖體裂隙發(fā)育,不穩(wěn)定,在爆破震動(dòng)作用下頂巖預(yù)留困難,很容易發(fā)生冒頂。采用傳統(tǒng)錨桿支護(hù)難度大,效果差,加大了施工巷道過斷層難度。
為了保證5201 巷過F1 斷層施工安全,減少煤柱損失量,通過研究決定采用反掘法過F1 斷層。
(1)由于2201 巷已掘進(jìn)到位,從2201 巷510m 處向5201 巷施工一條運(yùn)煤橫貫,橫貫長度為180m,巷道斷面規(guī)格為寬×高=3.0×2.5m,采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)施工工藝,巷道施工到位后按設(shè)計(jì)拐彎進(jìn)行5201 巷反掘施工。
(2)2201 巷反掘施工9.0m 后,施工巷道底板以9°俯角邊坡施工,頂板保持不變,頂板繼續(xù)沿2#煤層頂板掘進(jìn),當(dāng)巷道掘進(jìn)11m 后施工巷道反掘揭露F1 斷層。
(3)5201巷反掘到位后,施工巷道高度為5.1m,揭露斷層面處煤巖厚度為3.6m,巖體厚度為1.5m;然后施工巷道沿?cái)鄬酉卤P2#煤層頂板繼續(xù)掘進(jìn)過斷層帶。
為了保證施工巷道反掘揭露斷層后斷層面巖體穩(wěn)定性,防止巷道超高處出現(xiàn)瓦斯集聚現(xiàn)象,決定采用注漿及施工人工假頂進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。
(1)注漿支護(hù)。施工巷道揭露斷層后,在斷層面距頂板0.5m 處施工一排注漿鉆孔,鉆孔深度為5.0m 且垂直煤壁布置,工作面共計(jì)布置三個(gè)注漿鉆孔,鉆孔間距為1.5m。注漿鉆孔施工完成后,采用專用高壓注漿泵向鉆孔內(nèi)高壓注射馬麗散混合液,注漿壓力為1.2MPa。
(2)人工假頂施工。為了防止巷道超高處瓦斯集聚,在施工巷道距斷層5.0m 處施工5 架錨索吊棚。吊棚與巷道垂直布置,吊棚間距為1.0m,吊棚長度為5.0m,吊棚平面與下盤2#煤層頂板齊平,如圖2 所示。錨索吊棚施工完后,在其上方依次鋪設(shè)原木,原木呈“井”字型布置,原木搭設(shè)完成后確保與施工巷道頂板接觸嚴(yán)實(shí)。采用注漿泵對(duì)假頂間隙處注射羅克休膨脹劑進(jìn)行填充。
圖2 5201 巷反掘法過F1 斷層剖面示意圖
在對(duì)5201 巷過F1 斷層傳統(tǒng)施工方法存在的問題進(jìn)行分析后,提出了反掘法過斷層施工工藝。實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn),反掘法過斷層雖然增加了巷道掘進(jìn)量,但無需破頂巖及預(yù)留底煤,解決了傳統(tǒng)破頂巖時(shí)頂板維護(hù)難度大、效果差等技術(shù)難題,增加了掘進(jìn)巷道煤柱回采量,提高了施工巷道過斷層效率。同時(shí),反掘施工揭露斷層后,采用注漿及人工假頂?shù)确椒ㄟM(jìn)行斷層處頂板維護(hù),提高了斷層帶附近頂板穩(wěn)定性,保證施工安全,取得了顯著成效。