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摘 要:近年来,随着我国煤炭年产量逐年递增,煤矿井下采掘作业面也随之向纵深发展。在矿井巷道掘进的过程中,经常会遇到断层,由于断层的存在会对正常的掘进工作造成一定的影响,为此,必须采取相应的措施穿过断层,以确保安全高效生产。基于此点,本文首先阐述了煤矿井下断层的形成机理及影响,并在此基础上对煤矿井下掘进迎头过断层技术进行研究。
关键词:煤矿 巷道掘进 过断层技术
中图分类号:TU2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(b)-0102-01
1 煤矿井下断层的形成机理及影响
(1)断层的形成机理。
通常情况下,当矿井内的围岩受力远远超过其自身强度时,岩体便会逐渐出现破裂,这种破裂情况在初始的过程中会呈现出细微的裂隙,随着外力的作用和时间的推移,这些裂隙会缓慢发展,并相互联合,最终会在岩体上形成一条破裂面,在破裂面两盘相互滑动之间便会形成断层面。断层主要分为两种,一种是正断层,主要是指断层上盘相对下盘沿着断层面向上滑动的断层。这种断层具有以下特点:破碎程度一般不太强烈,常出现在45°以上的位置处,并以60°～70°最为常见,形成的速度较为缓慢,断层带的发育相对较窄；另一种是逆断层,具体是指上盘上升下盘下降的断层。该断层的特点是常出现在45°以下,以30°左右的位置处最为常见,伴随着强烈的挤压呈现出破碎状态,断层带的发育相对较宽。
(2)井下巷道断层的影响。
在煤矿井下的采掘过程中,断层的存在会对采掘工作面以及巷道的布置造成一定的影响,为此,通常都会将落差较大的断层作为采区的边界。而在采区范围以内的断层一般落差都相对较小,主要以Ⅱ、Ⅲ级断层为主,但这类断层也会对采掘工作面及回采巷道的稳定性造成非常严重的影响。根据大量的研究结果显示,断层在采动的影响下极有可能出现活化现象,这会导致煤层的顶板岩层难以控制,特别是在采区断层发育特征较为明显时,其对矿压分布规律的影响更加显著。通常情况下,在巷道掘进和维护时,断层下盘最接近断层面的位置处极容易出现冒顶现象。当掘进至断层影响带时,会出现较大的围岩变形,这给支护造成了一定的困难。为此,安全通过并对断层进行有效处理,对于确保井下安全生产具有十分重要的意义。
2 煤矿井下掘进迎头过断层技术的研究
2.1 断层的判断方法
(1)在断层相对较小且小于井下巷道的高度或煤层厚度时,其在巷道的揭露过程中很容易被发现,此时,可通过直观判定法来确定断层的具体位置。
(2)如果断层的实际落差较大且大于巷道高度及煤层厚度时,那么很难在巷道揭露的过程中准确判定出断层的位置,此时可采取以下方法确定断层位置:其一,采用煤岩层对比法来寻找断层,并对其产状加以判定。按照巷道揭露过程中煤层顶板的实际情况,确定揭露的岩石为煤层的顶板或是底板,以此来判定断层的具体位置；其二,采用标志层法确定断层的产状及其位置；其三,标高对比法。通过巷道前方及周围标高与迎头标高进行对比,借此来确定断层产状及其位置；其四,钻探法。通过在巷道的顶板或底板上进行钻探,可准确探查出断层的产状及其位置。
2.2 巷道过断层施工技术
(1)平巷过断层。在对井下水平巷道进行掘进的过程中若是遇到断层,可采取巷道转弯法来寻找断失煤层。具体方法如下:在水平巷道掘进到某一点时,突然发现煤层丢失,经过判定以后确认该断层为一条倾向断层。如果是在断层带岩石的压力较小,且没有瓦斯及水等威胁的前提下,那么可以沿着断层进行掘进,直至进入另外一盘煤层即可；如果是在断层带周围岩石破碎情况严重压力较大且存在瓦斯和水等威胁的前提下,那么就不能紧贴断层对巷道进行掘进施工,应当由巷道穿过断层并进入到另一盘岩层以后,拉开10m～15m的距离,然后再平行断层走向上通过挖掘石门寻找另一盘煤层。
(2)倾斜巷道过断层。在巷道掘进的过程中,当上山或是下山时遭遇断层,可采取改变巷道坡度法来寻找断失煤层。在过落差小于煤层厚度的断层时,如果断层落差较小,可采取挑顶和卧底相结合的办法寻找另一盘的煤层；如果断层的落差较大,为减少巷道挖掘并避免丢煤,则可以采用短石门进入到另一盘煤层当中。
(3)过大断层的方法。当掘进过程中遇到较大的断层时,如果断层附近的岩石呈现出松软破碎的状况,若是仍然采用常规的方法和支护措施是很难顺利通过该断层的,为了能够顺利通过,可采用注浆法对断层周围的岩石进行加固。具体方法为:在掘进至断层面10m左右的位置时停止掘进,并安装混凝土止浆垫,随后对迎头断层10m左右的范围内进行喷浆封闭即可。
2.3 过断层支护
过断层支护是确保安全掘进的重要环节之一,在实际施工过程中,可采取以下几种支护方式:其一,当井下巷道内的顶板为基岩且完整稳定,而两帮为煤层时,可以采用矩形锚网喷支护；其二,当井下巷道全部位于岩层中,并且围岩比较稳定,可采取拱形封闭锚网的方式进行支护；其三,在巷道围岩发生异常破碎或是对顶托煤层进行施工时,应采用架棚支护；其四,对于架棚巷道可采用煤矿专用的11#工字钢制作成支架,棚间距可为1m的对棚或0.8m的单棚,在墁顶位置处铺设金属网,并进行可靠连接；其五,采用锚网喷支护过断层时,如果是由于卧底造成巷道过高时,应施工1～2排撑帮柱,这样有利于确保两帮安全稳定,避免折帮的情况发生；其六,当架棚巷道卧底时,可以采取棚下棚的方式进行支护,或是在原有的架棚支护不动的基础上,对棚腿进行固定,在卧底两帮然后用混凝土进行浇筑,以此来确保棚腿稳定。
2.4 注意事项
在掘进过断层破碎带时应当注意以下几点:其一,应遵循敲帮问顶的原则,并及时凿除悬矸位置处的危岩,同时应采用前探梁等临时支护技术；其二,应当尽可能减少空顶距离,并缩短围岩暴露在环境中的时间,最好是一次成巷；其三,应加大支护的强度和密度,如有必要可采用复合支护的形式进行支护；其四,若是断层带较为破碎,在爆破时应当控制好药量,这样能够降低对围岩结构的震动和破坏；其五,当煤层位于断层上方且顶煤较为破碎时,应当采用超前锚杆支护的方法避免顶煤层发生冒落；其六,应对构造变化带的地质详情进行仔细调查,并以此为依据制定相应的安全措施和施工方法；其七,应合理使用防倒棚装置,避免倒棚冒顶引发安全事故。
参考文献
[1] 陈艾.复杂条件下大断面煤巷过断层技术[J].煤炭工程,2011(4).
[2] 冯文华,陈景军,贾坛彬.轻放工作面大倾角俯采过断层技术研究与实践[J].煤炭企业总工程师专题研讨会论文集,2009(6).
[3] 陈长春,周腾飞.浅议煤巷据进工作面过断层技术及安全措施[J].中国科技博览,2011(29).
关键词:煤矿 巷道掘进 过断层技术
中图分类号:TU2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(b)-0102-01
1 煤矿井下断层的形成机理及影响
(1)断层的形成机理。
通常情况下,当矿井内的围岩受力远远超过其自身强度时,岩体便会逐渐出现破裂,这种破裂情况在初始的过程中会呈现出细微的裂隙,随着外力的作用和时间的推移,这些裂隙会缓慢发展,并相互联合,最终会在岩体上形成一条破裂面,在破裂面两盘相互滑动之间便会形成断层面。断层主要分为两种,一种是正断层,主要是指断层上盘相对下盘沿着断层面向上滑动的断层。这种断层具有以下特点:破碎程度一般不太强烈,常出现在45°以上的位置处,并以60°～70°最为常见,形成的速度较为缓慢,断层带的发育相对较窄；另一种是逆断层,具体是指上盘上升下盘下降的断层。该断层的特点是常出现在45°以下,以30°左右的位置处最为常见,伴随着强烈的挤压呈现出破碎状态,断层带的发育相对较宽。
(2)井下巷道断层的影响。
在煤矿井下的采掘过程中,断层的存在会对采掘工作面以及巷道的布置造成一定的影响,为此,通常都会将落差较大的断层作为采区的边界。而在采区范围以内的断层一般落差都相对较小,主要以Ⅱ、Ⅲ级断层为主,但这类断层也会对采掘工作面及回采巷道的稳定性造成非常严重的影响。根据大量的研究结果显示,断层在采动的影响下极有可能出现活化现象,这会导致煤层的顶板岩层难以控制,特别是在采区断层发育特征较为明显时,其对矿压分布规律的影响更加显著。通常情况下,在巷道掘进和维护时,断层下盘最接近断层面的位置处极容易出现冒顶现象。当掘进至断层影响带时,会出现较大的围岩变形,这给支护造成了一定的困难。为此,安全通过并对断层进行有效处理,对于确保井下安全生产具有十分重要的意义。
2 煤矿井下掘进迎头过断层技术的研究
2.1 断层的判断方法
(1)在断层相对较小且小于井下巷道的高度或煤层厚度时,其在巷道的揭露过程中很容易被发现,此时,可通过直观判定法来确定断层的具体位置。
(2)如果断层的实际落差较大且大于巷道高度及煤层厚度时,那么很难在巷道揭露的过程中准确判定出断层的位置,此时可采取以下方法确定断层位置:其一,采用煤岩层对比法来寻找断层,并对其产状加以判定。按照巷道揭露过程中煤层顶板的实际情况,确定揭露的岩石为煤层的顶板或是底板,以此来判定断层的具体位置；其二,采用标志层法确定断层的产状及其位置；其三,标高对比法。通过巷道前方及周围标高与迎头标高进行对比,借此来确定断层产状及其位置；其四,钻探法。通过在巷道的顶板或底板上进行钻探,可准确探查出断层的产状及其位置。
2.2 巷道过断层施工技术
(1)平巷过断层。在对井下水平巷道进行掘进的过程中若是遇到断层,可采取巷道转弯法来寻找断失煤层。具体方法如下:在水平巷道掘进到某一点时,突然发现煤层丢失,经过判定以后确认该断层为一条倾向断层。如果是在断层带岩石的压力较小,且没有瓦斯及水等威胁的前提下,那么可以沿着断层进行掘进,直至进入另外一盘煤层即可；如果是在断层带周围岩石破碎情况严重压力较大且存在瓦斯和水等威胁的前提下,那么就不能紧贴断层对巷道进行掘进施工,应当由巷道穿过断层并进入到另一盘岩层以后,拉开10m～15m的距离,然后再平行断层走向上通过挖掘石门寻找另一盘煤层。
(2)倾斜巷道过断层。在巷道掘进的过程中,当上山或是下山时遭遇断层,可采取改变巷道坡度法来寻找断失煤层。在过落差小于煤层厚度的断层时,如果断层落差较小,可采取挑顶和卧底相结合的办法寻找另一盘的煤层；如果断层的落差较大,为减少巷道挖掘并避免丢煤,则可以采用短石门进入到另一盘煤层当中。
(3)过大断层的方法。当掘进过程中遇到较大的断层时,如果断层附近的岩石呈现出松软破碎的状况,若是仍然采用常规的方法和支护措施是很难顺利通过该断层的,为了能够顺利通过,可采用注浆法对断层周围的岩石进行加固。具体方法为:在掘进至断层面10m左右的位置时停止掘进,并安装混凝土止浆垫,随后对迎头断层10m左右的范围内进行喷浆封闭即可。
2.3 过断层支护
过断层支护是确保安全掘进的重要环节之一,在实际施工过程中,可采取以下几种支护方式:其一,当井下巷道内的顶板为基岩且完整稳定,而两帮为煤层时,可以采用矩形锚网喷支护；其二,当井下巷道全部位于岩层中,并且围岩比较稳定,可采取拱形封闭锚网的方式进行支护；其三,在巷道围岩发生异常破碎或是对顶托煤层进行施工时,应采用架棚支护；其四,对于架棚巷道可采用煤矿专用的11#工字钢制作成支架,棚间距可为1m的对棚或0.8m的单棚,在墁顶位置处铺设金属网,并进行可靠连接；其五,采用锚网喷支护过断层时,如果是由于卧底造成巷道过高时,应施工1～2排撑帮柱,这样有利于确保两帮安全稳定,避免折帮的情况发生；其六,当架棚巷道卧底时,可以采取棚下棚的方式进行支护,或是在原有的架棚支护不动的基础上,对棚腿进行固定,在卧底两帮然后用混凝土进行浇筑,以此来确保棚腿稳定。
2.4 注意事项
在掘进过断层破碎带时应当注意以下几点:其一,应遵循敲帮问顶的原则,并及时凿除悬矸位置处的危岩,同时应采用前探梁等临时支护技术；其二,应当尽可能减少空顶距离,并缩短围岩暴露在环境中的时间,最好是一次成巷；其三,应加大支护的强度和密度,如有必要可采用复合支护的形式进行支护；其四,若是断层带较为破碎,在爆破时应当控制好药量,这样能够降低对围岩结构的震动和破坏；其五,当煤层位于断层上方且顶煤较为破碎时,应当采用超前锚杆支护的方法避免顶煤层发生冒落；其六,应对构造变化带的地质详情进行仔细调查,并以此为依据制定相应的安全措施和施工方法；其七,应合理使用防倒棚装置,避免倒棚冒顶引发安全事故。
参考文献
[1] 陈艾.复杂条件下大断面煤巷过断层技术[J].煤炭工程,2011(4).
[2] 冯文华,陈景军,贾坛彬.轻放工作面大倾角俯采过断层技术研究与实践[J].煤炭企业总工程师专题研讨会论文集,2009(6).
[3] 陈长春,周腾飞.浅议煤巷据进工作面过断层技术及安全措施[J].中国科技博览,2011(29).