浅谈掘进巷道遇断层的判断和处理技术方法

吴祥飞

摘要：本文分析了掘进巷道断层面和起伏煤层顶底板的区分、揭露断层的类型判断、过断层的方法，以及断层区域掘进与支护方式等，进而为掘进安全、顺利施工提供有效参考。

关键词：煤矿掘进；断层判断区分；处理方法；通过方式

引言：在煤矿巷道掘进过程中，一般都会遇到断层。由于开采方式一直采用倾斜长壁一次采全高的综采和炮采，全部垮落采煤法。影响开采的主要地质构造为断层，若干大断层成为矿井或采区的自然边界，较小断层则遍布采区工作面中，与煤层倾向斜交。断层差/长比一般较小，小于1/50。回采巷道的掘进过程中，经常会遇到落差2～5m的小断层，尖灭较快，方向多变，有时成对出现形成小地堑或地垒构造。小断层的判断和处理，对掘进、回采、煤质、采出率和接替等都非常必要。通过断层期间，巷道坡度一般也将随之发生改变。断层地带的地质条件复杂多变，会给巷道掘进和支护带来难度，也给巷道的掘进施工安全带来较大的隐患，特别是在巷道坡度较大时，施工就尤为困难。因此，针对这种断层地带的特殊条件，确定合理的施工工艺和科学的支护方式，对保证巷道施工安全和支护质量意义重大。

l.断层面和起伏煤层顶底板的区分

当巷道在煤岩层中按一定方向进行坡度掘进时，揭露断层由煤到岩或由岩到煤，煤岩交界面往往就是断层面。从断层面两侧两盘煤与断层面的接交关系，则可认识断层面的产状，即走向、倾向和倾角，也就能判断断层的形态类型。但是，有时候所揭露的煤岩交界面而不是断层面，则是受断层牵引所起伏的顶底板。所以对断层的认识要清楚，例如图1所示。这种由南向北是由煤到岩的，但是倾斜的煤岩交界面却不是断层面，而是下伏的煤层顶板。辨别断层面和起伏的煤层顶底板方法：①从煤岩交界面倾角大小判断。一般断层面的倾角都比煤层正常顶板倾角大，往往都在30º以上(45～75º)，而起伏的煤层顶底板倾角稍大或小些，接近煤层正常倾角。②从煤岩层层理与煤岩交界面的关系判断。断层面与煤岩层层理往往都是斜交或近似垂直，而煤层顶底板与层理则是近似平行的。③从煤岩交界面有无摩擦痕迹和断层泥判断。断层面往往有比较明显的摩擦痕迹或较软的断层泥，而起伏的顶底板与正常的煤层顶底板岩性相同或者类似。

2.巷道所揭露断层的类型判断

一般找准断层面的位置和倾向，再比较断层面两侧两盘煤的高低，即可判断正、逆断层类型。通常只有断层的落差小于所掘巷道高度时，才可能同时揭露两盘煤与断层面的接交关系和相对位置，这可直接判断正、逆断层。如某工作面的回风巷所揭露的一条断层为正断层，h=1.6m(图2a)。在巷道沿煤岩层掘进揭露断层时，往往只揭露一盘煤岩与断层面的接交关系，而不能同时揭露另一盘煤岩与断层面的接交关系和相对位置，则看不到另一盘煤岩的高低，所以无法直接判断正或逆断层。具体判断方法：①可参照附近断层的性质和煤层赋存特征。通常分析判断大断层时参考附近比较清晰的小断层，而判断小断层时参考附近的大小断层和区域内煤层的赋存特征。一般同一地区，断层的形态都是类似的。因为在断层的形成过程中，地层介质不均匀，岩性强度不同，但同一地区受力方向相同，所以断层的落差也不同，形态应是大致相同或类似的。②根据巷道掘进方向沿煤岩层倾斜方向或走向方向是上坡、下坡还是平巷与坡度大小，分析揭露断层处顶底板起伏和煤岩层变化趋势，以判断出巷道掘进方向前方煤岩层赋存状态，从而确定另一盘煤岩正、逆断层。如本例运输巷揭煤前所遇断层为一正断层，另一盘煤在下方，h=3～5m(见图2b)。③可根据巷道迎头揭露断层处煤岩层标高和周围巷道揭露煤岩层各处标高、钻孔资料、底板等高线及煤层倾角，推导出揭露断层处煤岩标高，两标高对比，进而判断出另一盘煤岩的方位和断层性质。④通过分析判断煤层可能出现的断层情况，设计钻孔，打钻探明另一盘煤岩的上升、下降，从而判断正、逆断层。⑤沿巷道掘进方向或沿断层面改变巷道掘进方向，平巷或上山、下山施工一段巷道揭露另一盘煤岩层，以判断正或逆断层。

3.掘进工作面过断层的方法

3.1过断层方法。巷道掘进期间，可根据断层和掘进方向的交叉关系、断层的性质、落差大小、巷道的用途和运输方式等，以确定处理断层的方式。正常采用两种方法过断层：一是改变巷道的掘进方向。对落差大于3～5m的断层，可作为回采面的自然边界处理，布置工作面运输巷、回风巷、切眼或停采位置，即不直接过断层或做改造巷来跳过断层。二是改变巷道的掘进坡度。对落差小于3～5m的断层，通常做上下山或平巷直接过断层。像运输巷皮带运输，下山运输可选择l5º，上山运输最大可选择17º；回风巷一样。若不是皮带运输，也可选择20～25º上下山方式过断层。

3.2注意的问题。根据施工经验，断层区域由于受到地应力的作用，围岩松软破碎，容易冒落，掘进一次成巷困难；顶板岩层易风化，风化后支护也易失稳而引发冒顶。当下山掘进遇正断层后，工作面处于断层的上盘，要以一定倾角上山掘进才能重新进入煤层。上山掘进中，上盘巷道顶板和断裂面岩层受到地质作用影响非常不稳定，需要全部挑落，并将下盘的顶板作为巷道的顶板。但是，如此会造成巷道的高度过大和巷帮维护困难。此时可在过断层期间采用二次成巷，锚、网、喷支护配合，加密锚索补强支护。再通过加强过断层期间对支护工程质量和支护效果的监测，以确保施工的安全。

4.断层区域掘进与支护方式

4.1运用二次成巷和及时控制顶板处理。这可采用二次成巷的方法，即先用炮掘方法在断层上盘掘出一个小断面，及时安设锚杆、锚索控制顶板，然后再掘下部，最后成巷。此施工方法能最大限度地缩短顶板裸露时间，使顶板得到及时的维护，有利于顶板的控制；由于巷道上部的两帮可在下部掘出前先行得到维护，则有利于防止片帮和减小两帮维护的难度。

4.2缩小锚杆排距和强化锚索补强作用。由于断层附近的岩层受地质作用的影响已经很不稳定，若要获得理想的巷道支护效果就必须加大锚杆和锚索密度，才能使岩层能保持最大程度的完整性。同时，还要在巷道围岩稳定性最差处加大锚索的锚深，以此强化锚索悬吊作用。

4.3通过挂网控制巷帮变形。由于巷道过断层时高度较大，很容易出现片帮，从而导致围岩松动圈不断扩大，以致造成巷道支护整体失稳。对此，必须在巷帮部挂网，使网与帮部锚杆形成一个支护整体，以有效控制巷帮的变形，强化巷帮在支护体系中的支点作用。与此同时，为克服帮部锚杆锚固力不足的缺点，并适应机采对工作面侧锚杆可切割的要求，煤柱侧和工作面侧2.3m高度以上可采用锚固力为50kN的金属树脂锚杆，另加挂塑料菱形网。以下仍采用原锚杆和塑料网。这样，巷帮的支护强度能得到大大增强了。

结束语：巷道掘进过断层是难免，遇到断层应调查清楚属于何种类型，以便采取妥当的方法应对。选择过断层的方法应科学、合理，同时应加强支护，以确保安全施工。

参考文献：

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[2]王仲亚.超前钻孔在突出煤层掘进过断层期间的应用[J].科技信息，2012，23：390-391.

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