掘进工作面过断层方案优化

掘进工作面过断层方案优化
摘要运用施工实践和理论知识，从巷道支护施工进展和施工安全方面综合分析，根据已揭露情况，准确预测断层位置，优化过断层方案，提前起坡过断层，在揭露该断层时既已找到煤层顶板，降低了施工难度、节省了材料、提高了安全保证。

关键词掘进；过断层；方案优化
1 23下011面运输顺槽概况
1.1 巷道位置及相邻关系
23下011面运输顺槽,位于二采区北部的3下煤层中，-450m水平北翼轨道大巷左侧，跟煤层顶板掘进，巷道平均埋深460m，工作面上部为13上09工作面，已开采完毕。

1.2 巷道围岩特征
3下煤层，煤层厚度3.10m~4.18m，平均3.5m，上距3上煤层33m~37m，平均35m。

整体为一向NW倾斜的单斜构造，倾角3°~10°，平均6°。

直接顶为细砂岩，厚2.25m，上部夹薄层粉砂岩，易风化、冒落；老顶为中砂岩，厚22.25m，较坚硬；直接底为泥岩，厚 1.3m，灰黑色，块状，含大量植物根化石；老底为细砂岩粉砂岩互层，粉砂岩，灰黑色，薄层状。

1.3 水文地质情况
本工作面水文地质条件中等，主要充水水源为顶板3砂裂隙水和J3下部砂砾岩水。

3砂含水不均，补给条件不好，主要为静储水。

预计正常涌水量5m3/h~10m3/h。

2 断层实际揭露情况
鹿洼煤矿23下011面运输顺槽，根据预测将于14点前59m见DF8断层，该断层已于23下011面轨道顺槽、-450m水平北翼轨道大巷、-450m水平北翼皮带大巷掘进期间及13上09工作面回采期间揭露。

断层产状稳定，位置清楚，13上09工作面在23下011面运输顺槽上方，层间距35m，根据断层倾角可精确预测该断层在23下011面运输顺槽的位置，预测误差可以控制在2m以内。

DF8断层为正断层，倾向40°、倾角70°、落差H=4.5m，无导水性、无有害气体涌出。

23下011面运输顺槽从上盘揭露该断层。

3 过断层方案
3.1方案一（原方案）：见断层后过断层法
揭露该断层后，在实际揭露的位置，按13°上山施工，见煤层后继续跟煤层顶板掘进。

采取“爆破-喷浆-锚网-锚索-喷浆”的施工方式。

因煤层直接底为泥岩，在将要揭露断层下盘的煤层时，爆破后巷道顶板（煤层底板）易冒落。

施工时需打超前锚杆控制顶板，爆破后前探临时支护必须及时且牢固。

若仍控制不住顶板，则需爆破后先喷浆作为临时支护，然后打锚杆支护，最后喷浆成巷。

喷浆能使喷层与岩石的粘结力和抗剪能力一起抵抗危岩的破坏，防止个别危岩的滑移和坠落。

在断层破碎带范围内的岩石，在原始地压的作用下，其岩块间的相互作用仍然存在，而且可能还非常强。

当掘进过断层破碎带时，会破坏这种岩块间的平衡，如果一次揭露长度较大时，就会造成冒顶，一旦顶板开始冒落则更大范围的破碎岩石相继松动。

为避免上述现象的发生，必须采取减小掘进循环进尺的方式，使揭露范围能够有一定的自稳能力，在未发生冒顶之前控制住顶板。

3.2 方案二（优化方案）：提前过断层法
根据已揭露情况，准确判断断层位置，根据预测，提前20m按上山13°掘进过断层，巷道揭露断层时即见煤层顶板，可直接跟煤层顶板掘进。

采取“爆破—锚网—喷浆”的施工方式。

煤层直接顶为细砂岩，厚2.25m，上部夹薄层粉砂岩，易风化、冒落；老顶为中砂岩，厚22.25m，较坚硬。

巷道在煤层顶板中掘进。

4 对安全影响分析
4.1 方案一
由于断层影响，不仅煤层错短、缺失，而且破环煤层顶底板的完整性，极易引起煤层顶底板的冒落而引发安全事故，因此该方案的缺点是：
1）施工难度大，掘进速度慢。

施工工序多，需要锚杆、喷浆、锚索等工序，给施工带来很大难度。

如果冒顶，会使施工更加困难；
2）巷道成型差。

巷道顶板为煤层底板或煤层，易风化、冒落，直接造成片帮、冒顶加剧，工程质量较难控制；
3）材料费用高。

由于支护复杂，需用锚索加固，且喷浆厚度加大，增加了材料费用；
4）工人劳动强度大。

由于施工工序复杂、施工环节多，从而造成工人劳动
强度大；
5）安全性差。

由于断层处顶板破碎，构造应力集中，煤岩体非常松散，顶板难以控制，极易发生顶板事故；
6）后续效应差。

特别在回采期间，由于空顶面积会比掘进期间大、空顶时间会比掘进时间长，更是难以控制顶板或顶煤，如果控制不好顶板，临时支护不及时，顶煤全部冒落后的高度为7.5m，必须用木垛接顶方可继续施工。

若在打木垛期间遇到顶板继续冒落等情况时，因打木垛人员所处的位置较高而无法逃生，打木垛人员的安全无法保证，极易引发安全事故。

4.2 方案二
由于巷道在煤层顶板中施工，岩石稳定，支护效果好，减少构造应力影响，因此该方案的优点是：
1）施工难度小，掘进速度快。

由于施工工序少，仅需锚杆、喷浆等工序，施工方法简单；
2）巷道成型好。

巷道顶板为煤层老顶，较坚硬，比较好控制，工程质量容易达到要求；
3）材料费用低。

施工工序简单，喷浆量大大减少，不用锚索支护，大大节省了材料费用；
4）工人劳动强度小。

由于施工工序简单、施工环节少，从而大大减轻了工人的劳动强度；
5）安全性好。

由于过断层时掘进巷道全部在煤层顶板中，围岩稳定，顶板好控制，不易发生顶板事故；
6）后续效应好。

在回采期间，由于没有顶煤，且顶板为煤层老顶，较好控制，不易发生冒顶、片帮伤人等安全事故。

5 方案实施效果
通过优化，采用了方案二过DF8断层，掘进速度快、巷道成型好、工人劳动强度低、安全性高。

采用该方案过断层，不仅优质高效、节支降耗，而且创造了一个安全的工作环境，保证了掘进及回采期间的安全生产，为矿井的长治久安打下坚实的基础。

6 结论
能够准确预测该断层的产状，是优化过断层方案能够成功的重要因素之一。

地测部门要加大对现场的地测资料的搜集力度，做到平时多积累。

地测人员要不断加强学习，努力提高自身的业务水平，能够提供准确的、有价值的地质预报。

参考文献
[1]东兆星，吴士良.井巷工程[M].徐州：中国矿业大学出版社，2004.
[2]胡绍祥，李守春.矿山地质学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.。