王栋梁 张 良 宋蓬莱

（汶上义桥煤矿有限责任公司，山东 济宁 272500）

汶上义桥煤矿有限责任公司地质条件较为复杂，顺槽掘进期间揭露的断层多，巷道起伏变化大。3305 工作面胶带顺槽掘进期间，揭露大大小小断层20 余条，严重制约施工速度。因此根据断层产状选择安全、高效过断层的方法，对提高掘进工效至关重要。

1 概况

3305 工作面胶带顺槽设计长度约1400 m，沿3煤层底板托顶煤掘进，3 煤层倾角15°～22°，平均18°。顶板为中、细砂岩，坚固性系数4～6；底板为细砂岩、泥岩，坚固性系数2～4。煤层结构较简单，厚度约3.5～5.2 m，平均4.1 m。使用EBZ160掘进机破煤矸，最大爬坡能力为18°，循环进尺为1.6 m（偏差-200～200 mm）。煤层厚度小于4 m 时，沿煤层顶、底板掘进；煤层厚度超过4 m 时，沿左侧底板破右侧底板托顶煤掘进。

根据相邻巷道支护及应力显现情况，在支护设计参数选取中等以上安全系数的基础上，由工程类比法确定3305 工作面胶带顺槽采用锚网索支护。锚杆的设计锚固力不小于100 kN，预紧力矩不小于200 N·m，锚杆间、排距偏差-100～100 mm。支护示意图如图1。掘进施工两排后，进行临时支护和顶板永久支护。帮部支护滞后迎头不大于6 排锚杆，空帮高度不超过2500 mm，帮部围岩松软或破碎时必须及时支护。

图1 支护示意图(单位：mm)

2 过断层的方法

3305 工作面胶带顺槽上山掘进，通过实践摸索与设计优化，错下断层一般采取后退扫底压顶的方式通过，错上断层根据断层落差和巷道坡度的大小选择逐段抬坡掘进的方式通过。

2.1 后退扫底压顶掘进法

根据断层的落差判定巷道压顶的厚度，如果落差小于1.5 m，可以直接一次性压顶。如果落差超过巷道高度的三分之二时，可以分台阶分段压顶施工。压顶后为确保巷道施工高度，需后退掘进机进行扫底。由于压顶段处于断层面附近，顶板岩石不连续不稳定，需采取加强支护措施。

（1）确定压顶厚度后，根据巷道高度推算出扫底厚度。根据巷道的坡度及扫底厚度，选择合适的后退距离及扫底后的巷道坡度。根据经验一般扫底前后的坡度差不宜大于7°，否则在掘进过程中容易导致皮带漂带或压输送机机尾，影响施工进度。后退扫底压顶法示意图如图2。

图2 后退扫底压顶法示意图

（2）相较于传统定坡度下山掘进和变平掘进过断层方法，该方案可以减少破岩石量，减少对掘进机超负荷截割造成的损坏，降低煤流系统运输矸石的压力，减少出矸期间煤矸分运的工种配备。

（3）扫底期间，已掘巷道底板岩石坚固性系数较低，且新掘巷道底板为煤，可明显提高施工进度。

（4）压顶前，先对压顶区域迎头面进行锚网支护，锚杆使用Φ22 mm×2400 mm 高强无肋锚杆，距顶不大于400 mm，锚杆间距执行规程要求。封迎头护网与顶板支护平网连成一体，连接点要均匀布置，间距不大于300 mm。

（5）压顶时，先使用风镐或手镐在压顶后的顶部刷出0.3～0.5 m 的空间并按规程要求进行锚网支护，严禁空顶作业。顶部支护后，在压顶后的迎头面顶部，按煤层走向布置一排前探锚杆控制顶板。锚杆使用Φ22 mm×2400 mm 高强无肋锚杆，锚杆伸入煤层不小于1.8 m，间距控制在0.4～0.5 m 范围内，使用双股14#铁丝将锚杆端头绑在顶部支护平网上，与锚杆连接处至少缠绕两圈并拧紧，与平网连接处缠绕不少于两扣。

（6）压顶支护2 排锚杆后，立即在压顶的第1排和第2 排锚杆之间打1 排锚索+T 型钢带加强支护，锚索必须紧跟迎头。

（7）压顶长度小于4 排锚杆时，必须短掘短支。短掘短支施工期间，距顶板1 m 范围内不得进行截割。

（8）压顶距离大于4 排锚杆后，根据揭露煤层硬度和托顶煤情况，由安监员、班长根据煤层情况，及时调整循环进尺。

2.2 逐段抬坡掘进

上山掘进揭露错上断层，传统方法是直接定大坡度起坡掘进，但受掘进机爬坡能力的限制，不能一次性起坡。根据掘进机爬坡能力、机身长度、运行状况及皮带运行要求，每向前掘进8～12 m（机身长度10 m）起坡2°～4°，否则掘进机容易跨在起坡台阶上，前进后退极为困难，输送机漂带，甚至造成掘进机“趴窝”或二运卸载滚筒挤压输送机机尾滚筒的严重问题。以断层FJ-3305-16 为例重点论述过断层措施，落差7 m，巷道坡度17°，但由于施工坡度较大，还需采取防滑、防片帮等措施。逐段抬坡法示意图如图3。

图3 逐段抬坡法示意图(单位：m)

2.2.1 施工工艺

（1）先沿上盘煤层顶板施工，进入下盘后先按19°上山施工10 m，再按21°上山施工。根据现场揭露断层产状及时调整坡度，每次调整坡度不得超过3°，每个坡度施工长度不得小于10 m。

（2）过断层破碎带或断层间托顶煤期间，短掘短支，循环进尺变更为0.8 m，帮部支护滞后迎头不大于4 排。若遇到顶板破碎易冒落、帮部松软易折时，可先截割上部，达到支护空间要求后进行支护，待顶板支护完毕后再割底煤。

（3）过断层破碎带或顶板破碎时顶部铺设双层网，锚索排距由2400 mm 调整为1600 mm，锚索紧跟迎头，此种支护形式顺延至地质构造带范围外至少5 m。顶部锚索伸入稳定围岩小于1.5 m 时，采用Φ21.6 mm×6500 mm 锚索加强支护。

（4）当围岩不稳定，顶板破碎、易风化、易冒落时，截割前及时打前探锚杆控制顶板，超前锚杆作为临时支护并均匀布置在控顶区。超前锚杆间距400～600 mm，斜向上约20°～40°，外端用8#铁丝绑在锚网上。

2.2.2 大坡度防片帮措施

（1）迎头面上部超前施工0.3～0.5 m，严防出现伞檐、悬矸，否则必须先处理再作业。迎头面上部挂设护网，护网与顶部护网使用双股14#铁丝连接，连接点间距不大于300 mm。

（2）人员作业时，不得背对迎头面或未进行支护的帮部，并随时观察迎头面和两帮，发现片帮、冒顶预兆时，人员立即撤至安全地点，待处理后再进行作业。

（3）支护完顶板后，必须对帮部锚杆（顶板以下至少两根）进行挂网支护，防止片帮伤人。岩巷掘进时帮部不再使用W 型钢带。

（4）迎头作业时由跟班副区长安排专人观察迎头面顶帮情况，严格执行敲帮问顶规定，随时找掉迎头面及顶帮活矸危岩，发现冒顶片帮预兆必须撤出作业人员，待顶帮稳定后再进行临时支护。

（5）在掘进机前行走时人员需间隔5 m 以上，前后错位行走，互叫互应，防止摔倒或物料掉落、矸石滚落伤人。

（6）每班由跟班副区长安排专人清理或平整积矸和大块矸石，便于行人和严防大块矸石滚落伤人。

（7）迎头处风水管路、工具及支护材料必须码放整齐，确保退路畅通。跟班副区长根据迎头作业情况严控作业人员数量，并随时观察顶帮、安全空间及退路情况，确保安全畅通。

（8）在掘进机前作业时，由跟班副区长安排专人找掉迎头面及顶帮松动的活矸危岩，清理作业区域的大块矸石，防止矸石滚落，确保安全退路畅通。在司机及副司机前增设防护栏，以防煤矸滑落伤人。

2.2.3 大坡度防滑措施

（1）掘进机截割及停机期间，在履带下垫浮矸或枕木，减小机身坡度，增加履带摩擦力，防止下滑。掘进机停机时，截割头、铲板落地，增加对地摩擦力。

（2）掘进机截割期间，在底板上割出凹槽，形成掘进机爬坡的“台阶”，防止掘进期间下溜。

（3）巷道坡度超过21°时，使用固定锚杆配合圆环链锁住掘进机，防止截割及停机期间掘进机下滑。在掘进机机身左侧帮部或底板上施工2 根固定锚杆，使用一根Φ22 mm×86 mm 圆环链配合连接环锁住掘进机。爬坡困难时，在巷帮两侧各施工2 根固定锚杆，分别使用一根长度不小于10 m的Φ22 mm×86 mm 圆环链配合固定锚杆与行走部两侧侧拉油缸连接，助力行走。固定锚杆Φ22 mm×2400 mm 的高强无肋锚杆，外露不超过400 mm，每根锚杆的拉拔力不得小于50 kN。圆环链的两个链环分别固定在两根固定锚杆上，锚杆螺母紧固满丝，随掘进缩短圆环链。

（4）掘进机爬坡受限时，应在履带中间靠后侧垫实硬质枕木，结实底板，助力爬坡。通过铲板向下铲煤堆积的形式不断抬高掘进机的机身高度，在空间上实现掘进机的前进。

（5）上山施工超过23°以上时，垫实枕木和堆积煤矸无法助推行走时，后退掘进机，在履带行走路线上施工地锚+14#槽钢。槽钢长1 m，每根槽钢配合两根地锚固定在底板上，两侧履带行走线路上交叉均匀布置成掘进机行走轨道。

2.2.4 方案优点

（1）逐段抬坡，有效避免了压输送机机尾和漂带撒煤的现象，有利于煤矸的顺利运输。

（2）每次抬坡不大于3°，有效避免了掘进机跨在变坡点的两侧，有利于掘进机行走。

（3）相对于传统的后退挑顶过断层方法，直接实现有效进尺，而无需后退二次重复施工，可以提高工效，缩短工期。由于巷道较高，后退挑顶工艺复杂，逐段抬坡施工安全系数更高。后退挑顶需破坏原有顶帮锚网索支护，材料消耗量加大。

（4）炮掘过断层需打眼施工，且容易留有残爆、拒爆隐患，掘进机截割危险系数增加。若回撤掘进机，再安装耙装机耙装，回撤安装工时多，且频繁起吊安全系数低，不利于快速高效掘进。

3 结论

汶上义桥煤矿有限责任公司通过频繁过断层，不断总结经验，不断在实践中优化施工方案及措施，错下断层采用后退扫底压顶的方式通过，错上断层采用逐段抬坡掘进的方式通过，相较于传统过断层方式，过断层的工效提高两倍，具有工艺简单、劳动强度低、施工速度快、安全系数高等优点，已推广应用于其他兄弟矿井，为综掘快速高效过断层提供了宝贵的实践经验。