那建勇

(汾西礦業(yè) 柳灣煤礦，山西 孝義 032303)

斷層是采掘作業(yè)期間常見構(gòu)造類型，受斷層上下盤擠壓、移動(dòng)等影響，導(dǎo)致斷層影響范圍內(nèi)煤巖體破碎，影響礦井生產(chǎn)安全[1-2]?，F(xiàn)階段眾多的研究學(xué)者對(duì)巷道、采煤工作面回采過斷面時(shí)圍巖應(yīng)力變化、移動(dòng)以及支護(hù)措施等進(jìn)行研究，并針對(duì)性提出通過超前注漿、管棚、超前錨桿等措施進(jìn)行圍巖控制，在工程應(yīng)用中取得較好成果[3-6]。山西某礦3503運(yùn)輸巷掘進(jìn)期間會(huì)揭露有DF12斷層，容易出現(xiàn)變形量大、頂板垮落或者煤壁片幫等各類問題，無法實(shí)現(xiàn)安全快速掘進(jìn)。為此，文中就以3503運(yùn)輸巷過DF12斷層為例，針對(duì)性提出圍巖支護(hù)技術(shù)措施，為巷道安全掘進(jìn)創(chuàng)造良好條件。

1 工程概況

3503運(yùn)輸巷掘進(jìn)長(zhǎng)2 590 m，用EBZ260綜掘機(jī)沿3號(hào)煤底板掘進(jìn)，刮板輸送機(jī)+帶式輸送機(jī)運(yùn)煤，圍巖采用錨網(wǎng)索支護(hù)方式。3號(hào)煤頂?shù)装鍨樘抠|(zhì)泥巖、砂巖，煤層厚度均值3.9 m，傾角2～5°.3503運(yùn)輸巷掘進(jìn)揭露多條落差1.2～5.6 m斷層，具體揭露的各斷層參數(shù)見表1.3503運(yùn)輸巷掘進(jìn)過斷層期間容易出現(xiàn)片幫或者冒頂?shù)葐栴}。其中DF12斷層落差3.6 m，對(duì)采面掘進(jìn)及圍巖控制有較大影響，該斷層破碎帶內(nèi)充填有破碎的炭質(zhì)泥巖、卵石以及砂巖等，整體膠結(jié)性及整體性較差。3503運(yùn)輸巷在掘進(jìn)靠近DF12斷層時(shí)呈出現(xiàn)一定程度頂板垮落問題，后通過工字鋼、木垛及錨索等對(duì)垮落區(qū)進(jìn)行處理，控制了垮落區(qū)圍巖穩(wěn)定。

表1 斷層情況

2 巷道過斷層圍巖控制技術(shù)

DF12斷層影響范圍內(nèi)煤巖體裂隙發(fā)育、圍巖破碎，承載能力及穩(wěn)定性整體較差，結(jié)合以往巷道掘進(jìn)過斷層技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，提出使用超前注漿、撞鍥方式提高斷層破碎帶內(nèi)破碎煤巖體穩(wěn)定性，使用U型鋼+錨網(wǎng)噴方式進(jìn)行永久支護(hù)[7-8]。

2.1 超前加固

2.1.1 超前注漿

在掘機(jī)迎頭綜合使用注漿管(規(guī)格D20 mm×3 000 mm注漿管)、超前小導(dǎo)管(規(guī)格D40 mm×6 000 mm注漿管)加固破碎煤巖體，具體迎頭注漿鉆孔布置見圖1.其中位于巷道輪廓線的1～31號(hào)鉆孔按照500 mm間距、1 500 mm排距布置，鉆孔均有25°外插角，并下放規(guī)格D20 mm×3 000 mm注漿管，實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道周邊破碎煤巖體加固；鉆孔設(shè)計(jì)注漿壓力為3 MPa.

圖1 超前注漿鉆孔布置示意(mm)

迎頭布置的32～39號(hào)鉆孔布置間距為1 000 mm、排距為2 500 mm，鉆孔內(nèi)插入規(guī)格D40 mm×6 000 mm注漿管，用以增強(qiáng)掘進(jìn)迎頭破碎煤巖體強(qiáng)度，鉆孔注漿壓力為5 MPa.在巷道掘進(jìn)迎頭布置的注漿鉆孔內(nèi)注漿材料均采用水泥單液漿。

2.1.2 撞鍥支護(hù)

撞楔支護(hù)是井下巷道掘進(jìn)過軟巖或者破碎巖體時(shí)常用的掘進(jìn)支護(hù)方式，是在掘進(jìn)迎頭向前方煤巖體中布置撞鍥鋼管進(jìn)行超前預(yù)加固，避免在掘進(jìn)及后續(xù)支護(hù)時(shí)圍巖出現(xiàn)坍塌事故。在掘進(jìn)迎頭采用規(guī)格D50 mm×1 500 mm鋼管對(duì)破碎煤巖體進(jìn)行控制，具體現(xiàn)場(chǎng)布置見圖1(b)，布置的撞鍥按照間距300 mm、排距1 000 mm布置，有25°外插角；撞鍥主要布置在掘進(jìn)巷道拱頂位置。將撞鍥尾部與掘進(jìn)巷道布置的永久支護(hù)相連接，提升撞鍥圍巖控制能力。

2.2 巷道圍巖永久支護(hù)方案

3503運(yùn)輸巷在過斷層期間采用U型鋼+錨網(wǎng)噴方式進(jìn)行永久支護(hù)，具體巷道圍巖支護(hù)斷面見圖2.支護(hù)用D20 mm×2 500 mm螺紋鋼，間距800 mm、排距500 mm，斷面布置15根；在表面鋪設(shè)網(wǎng)孔100 mm×100 mm的雙層金屬網(wǎng)(D6.5 mm圓鋼編制)。

圖2 永久支護(hù)示意(mm)

鋼支架用36U型鋼加工，拱頂鋼梁長(zhǎng)6 340 mm、幫腿柱長(zhǎng)度為4 040 mm，巷道底板反拱為2節(jié)，單節(jié)長(zhǎng)度為3 100 mm.鋼支架間均采用卡纜、M22×210 mm螺栓等連接，鋼支架間用原本背實(shí)，提高對(duì)圍巖控制能力。

3503運(yùn)輸巷掘進(jìn)后立即進(jìn)行初噴，實(shí)現(xiàn)裸露圍巖封閉，降低圍巖風(fēng)化程度及破碎程度。在架設(shè)完成36U型鋼后對(duì)圍巖進(jìn)行二次噴漿，通過二次噴漿將錨網(wǎng)、錨桿、鋼支架等耦合形成支護(hù)結(jié)構(gòu)，共同作用增強(qiáng)支護(hù)體系對(duì)破碎圍巖控制能力。拱頂及巷幫噴射厚100 mm、強(qiáng)度C20混凝土，底板澆筑厚度300 mm、強(qiáng)度C25混凝土。

3 破碎煤巖體圍巖支護(hù)效果

為檢驗(yàn)巷道掘進(jìn)過破碎帶期間圍巖控制效果，在3503運(yùn)輸巷掘進(jìn)過DF12斷層破碎帶后，在破碎帶內(nèi)2個(gè)測(cè)點(diǎn)(間隔3 m)，測(cè)點(diǎn)布置見圖3.

圖3 測(cè)點(diǎn)布置示意

監(jiān)測(cè)頂板離層及圍巖變形情況；在頂板上1 m、3 m、6 m位置布置測(cè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)淺部及深部巖體離層量監(jiān)測(cè)，具體頂板離層量及頂板下沉量監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖4.

圖4 圍巖變形監(jiān)測(cè)曲線

從圍巖變形監(jiān)測(cè)結(jié)果看出，在DF12斷層影響范圍圍巖變形量隨著支護(hù)時(shí)間增加逐漸趨于穩(wěn)定。支護(hù)完成42 d后斷層破碎帶巷道頂板上覆1 m、3 m、6 m位置頂板最大離層量控制在30.1 mm、28.0 mm及6.3 mm，頂板離層量整體較小，且離層量基本穩(wěn)定，隨支護(hù)時(shí)間不再增加；監(jiān)測(cè)期間發(fā)現(xiàn)頂板最大下沉量控制在86 mm，頂板巖體可保持穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)垮落問題。從圍巖變形監(jiān)測(cè)結(jié)果看出，在3503運(yùn)輸巷掘進(jìn)過DF12斷層期間，采用的超前加固、永久支護(hù)可實(shí)現(xiàn)斷層破碎帶圍巖有效控制。

4 結(jié) 語

1) 3503運(yùn)輸巷在掘進(jìn)期間揭露有DF12斷層，掘進(jìn)過斷層時(shí)面臨垮頂、片幫、圍巖變形量大等問題，在一定程度制約巷道安全高效掘進(jìn)。為此，根據(jù)3503運(yùn)輸巷揭露DF12斷層情況提出綜合采用超前加固+永久支護(hù)(架棚支護(hù)+錨網(wǎng)支護(hù))對(duì)斷層破碎帶煤巖體進(jìn)行控制。

2) 通過在巷道掘進(jìn)輪廓線上布置注漿鉆孔對(duì)圍巖進(jìn)行超前加固，避免掘進(jìn)時(shí)出現(xiàn)垮頂或者圍巖變形量大問題；在迎頭布置注漿鉆進(jìn)行加固避免迎頭出現(xiàn)片幫；采用工字鋼架棚、錨桿及噴漿方式對(duì)斷層破碎帶破碎煤巖體進(jìn)行永久控制，可增強(qiáng)斷層破碎帶內(nèi)圍巖支護(hù)強(qiáng)度，減低后續(xù)使用過程中圍巖變形量。

3) 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，巷道過斷層期時(shí)未有片幫、垮頂?shù)劝l(fā)生，同時(shí)圍巖變形量在允許范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了巷道安全過斷層破碎帶及圍巖變形有效控制。