郝世維

（山西焦煤西山煤電股份有限公司屯蘭礦，山西 古交 030205）

巷道掘進(jìn)揭露斷層構(gòu)造帶時(shí)，圍巖礦壓顯現(xiàn)劇烈，甚至誘發(fā)動(dòng)力災(zāi)害，嚴(yán)重危害巷道的安全掘進(jìn)[1-6]。以馬蘭礦18502 工作面輔運(yùn)巷掘進(jìn)揭露多條斷層構(gòu)造帶為工程背景，針對(duì)性提出18502 工作面輔運(yùn)巷過(guò)斷層構(gòu)造帶巷道支護(hù)思路和原則，設(shè)計(jì)18502 工作面輔運(yùn)巷過(guò)斷層構(gòu)造帶巷道支護(hù)方案與參數(shù)，為類(lèi)似地質(zhì)條件下過(guò)斷層構(gòu)造帶巷道支護(hù)提供參考。

1 工程概況

18502 工作面位于+910 m 水平南五下組煤采區(qū)，工作面布置皮帶巷、輔運(yùn)巷和切眼3條回采巷道。工作面皮帶巷、輔運(yùn)巷開(kāi)口于南五下組煤輔助運(yùn)輸下山，皮帶巷走向長(zhǎng)1192 m，輔運(yùn)巷走向長(zhǎng)1194 m，工作面傾斜長(zhǎng)251 m，工作面地面標(biāo)高1271～1386 m，工作面標(biāo)高845～903 m，如圖1 所示。18502 工作面南側(cè)為18504 采空區(qū)，留設(shè)煤柱寬度20 m。工作面開(kāi)采8 號(hào)煤層，開(kāi)采區(qū)域煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，屬穩(wěn)定可采厚煤層，煤層厚度3.70～4.80 m，平均4.40 m，含1 層穩(wěn)定夾矸，厚度0.10～0.26 m，平均厚度0.15 m，普氏硬度1.5，煤層傾角1°～21°，平均6°。工作面直接頂為粉砂巖和L1 泥灰?guī)r，基本頂為S2 中粒砂巖，直接底為粉砂質(zhì)泥巖，基本底為粉砂巖，頂?shù)装寰唧w巖性特征見(jiàn)表1。根據(jù)地質(zhì)資料預(yù)測(cè)，18502 工作面輔運(yùn)巷掘進(jìn)將揭露F18502-02、F18502-07、F18502-23、F18502-24 斷層。其中，F(xiàn)18502-02 為正斷層，落差3.5 m；F18502-07 為正斷層，落差1.4～3.5 m；F18502-23 為逆斷層，落差0.9～2.1 m；F18502-24 為逆斷層，落差1.5 m。在巷道掘進(jìn)過(guò)斷層構(gòu)造帶時(shí)，極易出現(xiàn)嚴(yán)重的礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象。為保證18502 工作面輔運(yùn)巷掘進(jìn)過(guò)斷層構(gòu)造帶時(shí)圍巖的穩(wěn)定控制，在揭露F18502-02、F18502-07、F18502-23、F18502-24 斷層前后時(shí)設(shè)計(jì)采用過(guò)斷層構(gòu)造帶巷道支護(hù)技術(shù)與參數(shù)。

圖1 18502 工作面采掘平面示意圖

表1 頂?shù)装寰唧w巖性特征

2 過(guò)斷層構(gòu)造帶巷道支護(hù)思路和原則

巷道掘進(jìn)揭露斷層構(gòu)造帶時(shí)，由于其圍巖破碎、完整性差、承載能力低，再加上復(fù)雜的應(yīng)力環(huán)境，巷道圍巖極易出現(xiàn)嚴(yán)重的變形破壞，需采用必要加強(qiáng)支護(hù)措施。

（1）高強(qiáng)力錨桿+高預(yù)緊力錨索支護(hù)。巷道掘進(jìn)揭露斷層構(gòu)造帶時(shí)，由于其圍巖破碎且完整性差、承載能力低，宜采用高強(qiáng)力錨桿、高預(yù)緊力錨索進(jìn)行支護(hù)，充分發(fā)揮其支護(hù)材料的主動(dòng)支護(hù)性能以及急增阻、高阻力的工作特性，有效控制斷層構(gòu)造帶圍巖滑移離層和碎脹變形，提高破碎圍巖自身的承載能力，保證有效的支護(hù)結(jié)構(gòu)，形成完整的主動(dòng)支護(hù)預(yù)緊力承載結(jié)構(gòu)。

（2）斷層構(gòu)造帶頂板全錨索支護(hù)。頂板的有效控制是避免巷道圍巖嚴(yán)重變形的關(guān)鍵所在，斷層構(gòu)造帶掘進(jìn)揭露時(shí)，巷道淺部圍巖已出現(xiàn)嚴(yán)重變形，常規(guī)的錨桿支護(hù)無(wú)法錨固至穩(wěn)定巖層，因此宜采用全錨索支護(hù)，顯著提高對(duì)頂板的支護(hù)強(qiáng)度，降低頂板變形，實(shí)現(xiàn)巷道圍巖的整體控制。

（3）兩幫非對(duì)稱(chēng)差異性支護(hù)。地質(zhì)資料顯示，18502 工作面南側(cè)為18504 采空區(qū)，受采空區(qū)和斷層構(gòu)造帶影響，18502 工作面輔運(yùn)巷煤柱幫側(cè)變形控制難度相對(duì)較大，因此宜采用兩幫非對(duì)稱(chēng)差異性支護(hù)，實(shí)現(xiàn)兩幫圍巖的協(xié)同控制。

3 過(guò)斷層構(gòu)造帶巷道支護(hù)方案與參數(shù)

18502 工作面輔運(yùn)巷采用矩形斷面，巷道掘進(jìn)寬度5.5 m，掘進(jìn)高度4.5 m，巷道揭露F18502-02、F18502-07、F18502-23、F18502-24 斷層構(gòu)造帶區(qū)域支護(hù)方案和參數(shù)如下：

（1）頂板全錨索支護(hù)。頂板采用直徑22 mm、長(zhǎng)度6400 mm、結(jié)構(gòu)1×19 股的高預(yù)緊力錨索，每排布置5 根，間排距設(shè)計(jì)1.0 m×1.0 m，張拉預(yù)緊力不低于250 kN，配套采用專(zhuān)用的高強(qiáng)度索具和規(guī)格300 mm×300 mm×16 mm 的高強(qiáng)度蝶形托盤(pán)。每根錨索均采用樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固（1 支K2360、3 支Z2360 樹(shù)脂錨固劑），保證錨固長(zhǎng)度不低于2000 mm。

（2）兩幫非對(duì)稱(chēng)支護(hù)。巷幫錨桿均采用直徑22 mm、長(zhǎng)度2400 mm 的左旋高強(qiáng)錨桿，每排布置5 根，間排距設(shè)計(jì)1.0 m×1.0 m，設(shè)計(jì)預(yù)緊扭矩不低于300 N·m，配套規(guī)格120 mm×120 mm×10 mm 的高強(qiáng)度蝶形托盤(pán)。每根錨桿均采用樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固（1 支K2360、1 支Z2360 樹(shù)脂錨固劑），保證錨固長(zhǎng)度不低于1000 mm。實(shí)煤體幫采用直徑22 mm、長(zhǎng)度5400 mm、結(jié)構(gòu)1×19 股的高預(yù)緊力錨索，每排布置2 根，間排距設(shè)計(jì)2.2 m×2.0 m。煤柱幫采用直徑22 mm、長(zhǎng)度5400 mm、結(jié)構(gòu)1×19股的高預(yù)緊力錨索，每排布置3 根，間排距設(shè)計(jì)1.0 m×2.0 m，幫錨索張拉預(yù)緊力不低于200 kN，配套采用專(zhuān)用的高強(qiáng)度索具和規(guī)格300 mm×300 mm×16 mm 的高強(qiáng)度蝶形托盤(pán)。每根錨索均采用樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固（1 支K2360、3 支Z2360樹(shù)脂錨固劑），保證錨固長(zhǎng)度不低于2000 mm。如圖2。

圖2 過(guò)斷層構(gòu)造帶巷道支護(hù)斷面（mm）

4 支護(hù)效果

采用十字監(jiān)測(cè)法監(jiān)測(cè)過(guò)斷層構(gòu)造帶區(qū)域巷道變形，圖3 給出了過(guò)斷層構(gòu)造帶區(qū)域巷道圍巖位移曲線（2 個(gè)測(cè)點(diǎn)）。如圖3 所示，巷道變形主要集中在掘進(jìn)初期20 d 內(nèi)，巷道掘進(jìn)30 d 后，巷道圍巖趨于穩(wěn)定，圍巖移近速度趨近于0。巷道掘進(jìn)穩(wěn)定后，頂?shù)装謇塾?jì)移近量在279～305 mm，兩幫累計(jì)移近量194～206 mm。整體看，巷道圍巖頂?shù)装遄冃瘟匡@著大于兩幫變形。18502 工作面輔運(yùn)巷圍巖變形整體可控，證明了過(guò)斷層構(gòu)造帶巷道支護(hù)技術(shù)與參數(shù)的合理性和可靠性。

圖3 過(guò)斷層構(gòu)造帶巷道圍巖位移曲線

5 結(jié)論

（1）馬蘭礦18502 工作面輔運(yùn)巷掘進(jìn)揭露多條斷層，由于其圍巖破碎且完整性差、承載能力低，再加上復(fù)雜的應(yīng)力環(huán)境，巷道圍巖極易出現(xiàn)嚴(yán)重的變形破壞，需采用必要加強(qiáng)支護(hù)措施?；诖?，提出了過(guò)斷層構(gòu)造帶巷道支護(hù)思路和原則，包括高強(qiáng)力錨桿+高預(yù)緊力錨索支護(hù)、斷層構(gòu)造帶頂板全錨索支護(hù)、兩幫非對(duì)稱(chēng)差異性支護(hù)。

（2）設(shè)計(jì)了過(guò)斷層構(gòu)造帶巷道支護(hù)方案與參數(shù)，并進(jìn)行了應(yīng)用。巷道變形主要集中在掘進(jìn)初期20 d 內(nèi)，巷道掘進(jìn)30 d 后，巷道圍巖趨于穩(wěn)定，頂?shù)装謇塾?jì)移近量在279～305 mm，兩幫累計(jì)移近量194～206 mm，圍巖變形均可控。