姬國祥

（山西汾西正佳煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 隰縣 041300）

1 工程概況

正佳煤業(yè)1203 工作面位于礦井一采區(qū)一水平，主要開采2 號煤層，煤層厚度0.9～2.09 m，平均厚度1.41 m。東面為相鄰的已回采結(jié)束的1201 工作面及小窯采空區(qū)，西面無采掘工作面，南面相鄰運輸上山，北面相鄰為聯(lián)盛趙家溝煤業(yè)。1203 運輸順槽地面標(biāo)高為+1347～1500 m，主要擔(dān)負(fù)工作面煤炭運輸、進(jìn)風(fēng)、鋪設(shè)防塵管路、供水管路等任務(wù)。巷道直接頂板為砂礫巖，平均厚度為7.04 m，直接底板為砂質(zhì)泥巖，平均厚度為1.63 m。1203 運輸順槽凈寬4.0 m、凈高2.5 m，斷面設(shè)計為矩形，凈斷面積10 m2。在巷道沿2 號煤層底板掘進(jìn)的時候揭露2條連續(xù)正斷層DF11、DF6，斷層產(chǎn)狀示意如圖1，其中DF11 斷層傾角為46°，落差1.2 m，DF6 斷層傾角為56°，落差3.5 m。

1203 運輸順槽掘進(jìn)在煤巖體交界處，屬于半煤巖巷，巷道整體完整性面臨嚴(yán)峻考驗。開采的2 號煤層煤質(zhì)較軟，遇到斷層等地質(zhì)構(gòu)造帶時，巷道圍巖會出現(xiàn)大面積破碎乃至坍塌，給工作面正常生產(chǎn)活動帶來巨大影響，需要對1203 半煤巖巷過斷層安全技術(shù)進(jìn)行研究，達(dá)到控制巷道穩(wěn)定性保證工作面安全高效生產(chǎn)的要求。

圖1 1203 運輸順槽揭露斷層產(chǎn)狀

2 1203 巷道過斷層穩(wěn)定性分析

（1）斷層附近力學(xué)分析

正斷層在運動時，上部下沉、下部上升，如圖2，其中σ1為垂直主應(yīng)力，σ3為水平應(yīng)力，σ 和τ 分別為最大主應(yīng)力作用于斷層面的正應(yīng)力和切應(yīng)力，α 為正斷層傾角。在1203 運輸順槽尚未掘進(jìn)至斷層破碎帶時，斷層上下盤之間的應(yīng)力分布相對穩(wěn)定，數(shù)值大小也都在可控的范圍之內(nèi)。1203 巷道掘進(jìn)至斷層影響帶附近時，地應(yīng)力和掘進(jìn)活動壓力開始沿斷層面集中釋放，掘進(jìn)過程中產(chǎn)生的σ 正應(yīng)力作用在上盤，并反復(fù)擠壓影響下盤運動，斷層面受到高應(yīng)力作用，τ 切應(yīng)力不斷摩擦使得接觸位置圍巖破碎狀態(tài)愈加發(fā)育，斷層不穩(wěn)定性增強，巷道整體維護(hù)狀態(tài)較差。巷道的冒頂和底鼓現(xiàn)象一般由水平應(yīng)力引起，正斷層時巷道的水平主應(yīng)力小于垂直應(yīng)力，容易在巷幫兩側(cè)出現(xiàn)應(yīng)力集中，給巷道維護(hù)帶來不利影響。

圖2 正斷層力學(xué)分析

（2）斷層附近頂板圍巖裂隙發(fā)育特征

采用TYGD10 鉆孔探測儀對1203 運輸順槽在斷層影響帶附近頂板進(jìn)行圍巖裂隙發(fā)育監(jiān)測，測站布置3 個直徑32 mm、深度8000 mm 的鉆孔，監(jiān)測結(jié)果如圖3。1203 運輸順槽頂板1.0 m 范圍內(nèi)橫縱裂隙不等間距出現(xiàn)且逐漸變?yōu)槠扑閹?，發(fā)育程度較高。裂隙不斷向深部延展，主要表現(xiàn)為橫向發(fā)育，并伴隨有離層現(xiàn)象出現(xiàn)，原生破碎帶有所縮減。

圖3 1203 運輸順槽圍巖裂隙發(fā)育結(jié)果

1203 巷道在掘進(jìn)至斷層帶附近時，受地應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力雙重影響，頂板一定范圍內(nèi)出現(xiàn)大量橫縱裂隙集中發(fā)育情況，同時還會出現(xiàn)破碎帶現(xiàn)象。由于1203 巷道屬于半煤巖性質(zhì)，整體維護(hù)狀態(tài)較差，需要從巷道掘進(jìn)過斷層整個過程采取穩(wěn)定性控制技術(shù)來保證1203 運輸順槽穩(wěn)定。

3 1203 巷道過斷層控制技術(shù)

3.1 過斷層方式

1203 運輸順槽向前掘進(jìn)過程中，為避免斷層破碎帶應(yīng)力集中影響巷道維護(hù)，選擇合理的過斷層方式可以避免巷道接觸面積過大的斷層破碎帶，有利于后續(xù)巷道穩(wěn)定性維護(hù)。如圖4，1203 運輸順槽存在挖底、挑頂、煤層中3 種選擇方式，根據(jù)斷層破碎帶分析，挖底式巷道經(jīng)過的破碎區(qū)要遠(yuǎn)小于挑頂式，且不容易出現(xiàn)冒頂區(qū)，挖底下盤減緩了斷層整體動載破壞，有利于集中應(yīng)力均勻釋放，綜合分析1203 巷道過斷層采用挖底式掘進(jìn)法。

圖4 1203 運輸順槽過斷層方式示意

3.2 過斷層帶巷道支護(hù)方式

針對1203 運輸順槽過斷層破碎圍巖的特點，必須采用主動支護(hù)的方式使得圍巖完整性得到保持。

頂錨桿、錨索：頂板采用Φ22 mm×2400 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿矩形布置，間排距為1000 mm×1000 mm，每根配套一支CK2355 型錨固劑、一支K2355 型錨固劑和配套的可調(diào)心拱形高強度托盤配減摩擦墊片，承載能力不低于250 kN，頂上兩角錨桿鉆眼方向與水平呈75°角鉆進(jìn)，其他頂錨桿垂直于頂板平面布置。施工時貼頂鋪設(shè)1200 mm×4500 mm 的六邊形金屬網(wǎng)。錨索布置：錨索采用Φ21.6 mm×6300 mm 的鋼絞線，配套拱形高強度錨索托盤及鎖具，承載力不低于700 kN。每根錨索配套一支CK2355 型、兩支K2355 型錨固劑。錨索與巷道垂直布置，緊跟工作面迎頭進(jìn)行支護(hù)，不準(zhǔn)滯后，間排距為2000 mm×3000 mm。

幫錨桿：兩幫采用Φ22 mm×2400 mm 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，每根錨桿配套1 支CK2355、一支K2355 型錨固劑和配套的可調(diào)心拱形高強度托盤配減摩擦墊片，承載能力不低于250 kN；兩幫錨桿每排各打3 根，矩形布置，間排距為1000 mm×1000 mm，幫錨桿緊跟工作面進(jìn)行，圍巖破碎時，應(yīng)適當(dāng)縮小間排距。

W 鋼帶：頂錨桿配合W 鋼帶，厚度4.5 mm，4200 mm×200 mm，5 眼規(guī)格。幫錨桿配合W 鋼帶，厚度4.5 mm，400 mm×200 mm。

頂幫錨桿扭矩不小于300 N·m，錨索預(yù)緊力不小于200 kN。巷道支護(hù)斷面圖如圖5。

圖5 巷道支護(hù)斷面圖

3.3 過斷層圍巖控制效果分析

利用JSS30A 監(jiān)測儀對圍巖的兩幫移近量和頂板下沉量及底板鼓起進(jìn)行監(jiān)測，采用KJ616 錨桿錨索應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測巷道錨桿索過斷層期間的受力活動。測站布置在斷層破碎帶內(nèi)的1203 巷道內(nèi)，監(jiān)測周期為100 d，監(jiān)測結(jié)果如圖6。1203 巷道在過斷層帶掘進(jìn)之后，圍巖變形經(jīng)歷了劇烈變形、緩慢變形和穩(wěn)定保持三個階段，兩幫移近量為85 mm，頂?shù)装逡平繛?5 mm，穩(wěn)定時間占監(jiān)測時間的3/5 以上，圍巖變形控制效果好；巷道頂板中部錨桿受力最大，頂角錨桿受力最小，錨桿受力僅在巷道成型時有劇烈上升狀態(tài)，之后一直保持穩(wěn)定，巷道繼續(xù)服務(wù)的整體性保證較好。

圖6 1203 巷道控制效果曲線

4 結(jié)論

巷道過斷層破碎帶會受到地應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力的疊加影響，導(dǎo)致頂板出現(xiàn)橫縱裂隙集中發(fā)育區(qū)域，采用挖底過斷層方式和錨桿索聯(lián)合支護(hù)控制方式能夠有效減弱斷層破碎帶對巷道穩(wěn)定性的影響。工程實踐表明，1203 運輸順槽巷道兩幫變形量穩(wěn)定在85 mm，頂?shù)装遄冃瘟糠€(wěn)定在55 mm，錨桿受力均勻穩(wěn)定，運輸順槽整體控制效果較明顯，能夠滿足1203 工作面安全生產(chǎn)要求。