掘進巷道過斷層帶施工加固技術(shù)

關(guān)前進

(晉煤集團鄭莊礦井項目籌建處)

掘進巷道過斷層帶施工加固技術(shù)

關(guān)前進

(晉煤集團鄭莊礦井項目籌建處)

晉煤集團某礦12220工作面在掘進過程中揭露F16逆斷層，由于巷道處于斷層影響區(qū)域，巷道煤體頂板破碎嚴重，整體性較差，冒落嚴重，通過對斷層附近巷道采用錨網(wǎng)索+36 U“O”型棚復(fù)合全封閉支護，并對斷層破碎區(qū)域進行化學(xué)注漿加固，提高了巷道的支護強度及圍巖的整體強度，避免了冒頂?shù)睦^續(xù)擴展，保證了巷道掘進順利通過斷層區(qū)域。

巷道斷層 復(fù)合支護 注漿加固

晉煤集團某礦12220工作面位于西二采區(qū)西翼，所采煤層為2-3煤，煤層厚度平均14.5 m，傾角8°～12°。該面地質(zhì)構(gòu)造條件簡單，煤層整體呈一向南東傾斜的單斜構(gòu)造，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，層理紊亂，煤層酥軟，下巷掘進過程中揭露F16逆斷層，傾角35°～71°,傾向210°，對巷道掘進影響較大。下巷標高+144～+155 m，平均采深近500 m，設(shè)計全長965 m，采用綜掘，不同區(qū)域巷道斷面及支護方式不同。非斷層區(qū)域采用錨網(wǎng)索+36 U型棚復(fù)合支護，破底掘進，完全破掉煤矸互疊層，底板呈微拱形，拱高1.0 m，打9根錨桿+W鋼帶支護，底板再進行回填；斷層區(qū)域(F16斷層前后150 m范圍)采用錨網(wǎng)索+36 U“O”型棚復(fù)合支護，底板打9根錨桿+W鋼帶支護，同時進行錨注。全斷面加強支護，開口架設(shè)液壓抬棚支架，中間架設(shè)一排大力柱，斷層附近架設(shè)兩排大力柱加強支護。

1 巷道冒落原因分析

12220工作面皮帶巷在掘進至F16逆沖斷層附近時，受斷層構(gòu)造應(yīng)力影響，巷道頂板嚴重破碎，掘進期間，頂板隨掘隨冒，難以支護。經(jīng)現(xiàn)場觀測，頂板冒落呈漏斗狀，冒落高度約4 m，每次冒落矸石量約25 m3。經(jīng)過對巷道現(xiàn)場實際地質(zhì)條件及冒落特點分析，巷道難以支護的原因主要有：①該工作面處于一水平下山區(qū)域，埋深700 m左右，巷道圍巖應(yīng)力高，對巷道支護強度要求高，采取以往的支護經(jīng)驗難以支護;②地層結(jié)構(gòu)差，巖體強度低，根據(jù)綜合柱狀圖，該處煤層頂?shù)装逡阅鄮r、砂質(zhì)泥巖為主，圍巖強度較低，且煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、夾矸多，不穩(wěn)定，對巷道的維護不利;③巷道掘進過程中，由于支護不及時、支護失效或支撐力不足，冒落區(qū)沒有背嚴接實，導(dǎo)致冒頂災(zāi)害擴大化。

2 冒落處理

由于12220工作面上覆巖層存在168 m的厚礫巖層，掘進中易造成失穩(wěn)誘發(fā)沖擊，且下巷即將穿過F16斷層，需納入防沖重點管理區(qū)域，因此在下巷斷層構(gòu)造帶影響區(qū)域(F16斷層前后150 m范圍)采用錨網(wǎng)索+36 U“O”型棚復(fù)合全封閉支護，并對斷層破碎區(qū)域再進行化學(xué)注漿加固。

2.1 斷層影響區(qū)域掘進巷道支護工藝

下巷斷層附近全斷面加強支護：采用錨網(wǎng)索并架設(shè)全封閉U型鋼棚在中間架設(shè)兩排大力柱(液壓抬棚支架)加強支護。從外向里架設(shè)36U“O”型棚,凈尺寸(寬×中高)為6.6 m×4.5 m，棚距600 mm，棚間為專用拉桿連接，防止棚子歪倒；必要時縮小棚距，減小錨桿、錨索間排距。液壓抬棚頂梁長2.8 m、底座長2.5 m、工作阻力為2×2 200 kN、支撐高度2.3～4.5 m。置于中間滯后適當距離呈兩排架設(shè)，隨掘進及時向前。架棚過程中，盡量將冒落碎矸石保留棚梁上方且充填嚴實，使之受力均勻充分發(fā)揮承載性能，為下一步注化學(xué)漿液提供條件。

2.2 破碎帶注漿加固

打孔注漿加固頂板及兩拱幫。U型棚頂梁與前、上方存在2～3m厚碎煤矸，在掘進迎頭已成形巷道0.8～1m頂處布置注漿孔，孔深5～8m，注漿孔終端必須超過破碎煤巖體區(qū)域，向未掘進的實體碎裂煤巖中注入高分子化學(xué)漿液巖層加固劑，對該斷層破碎區(qū)域進行超前黏結(jié)加固，加強巷道頂板強度，增加煤(巖)體的完整性，以保證巷道的正常施工。

2.2.1 注漿材料的選擇

由于斷層區(qū)域附近巷道頂板破碎嚴重，采取注漿加固時，要求所選材料必須滿足凝固時間短、材料力學(xué)性能好等條件。經(jīng)過對比決定采用尤卡尼化學(xué)注漿材料，該材料不但在凝膠時間、流動性、反應(yīng)后強度等方面反映良好，滿足巷道破碎區(qū)域注漿加固所需條件外，且該材料配比后無刺激性氣味，方便井下掘進巷道通風條件差的場所施工。

化學(xué)漿液尤卡尼加固材料的主要組分為樹脂和催化劑，其黏度分別為400，200CP，密度分別為1.15，1.25g/cm3，體積比為1∶1，凝固時間1～1.5min，發(fā)泡倍數(shù)5～8倍，結(jié)石體抗壓強度5.54MPa。

2.2.2 注漿施工工藝及參數(shù)

(1)注漿孔布置。根據(jù)實際地質(zhì)條件及以往經(jīng)驗，確定漿液擴散半徑為2m，兩注漿孔間距為3.5m(注漿過程中，如遇地質(zhì)條件變化，可進行調(diào)整)。在施工過程中，鉆孔需斜穿斷層區(qū)域，在距離掘進迎頭1m處向前方煤巖體施工2排鉆孔，每排打3個，傾角25°～35°，孔徑40～52mm，孔深5～12m，終孔位于巷道頂板中。

(2)注漿設(shè)備。注漿管路由舊水管經(jīng)過鉆眼加工而成，管徑為45mm。整個注漿過程使用汽動泵提供注漿壓力。注漿過程中，注漿壓力始終保持在4～6MPa，如注漿壓力超過6MPa時，應(yīng)立即停止注漿。

(3)注漿工藝。依據(jù)設(shè)計的鉆孔參數(shù)進行打孔作業(yè)，而后下注漿管路并在注漿鉆孔口加裝封孔器，封孔器的另一端與高壓軟管與注射槍連接，將注液槍與注漿泵連接，通過注漿泵的兩個活塞將尤卡尼化學(xué)材料及其催化劑分別抽出，兩種材料混合均勻后，由注射槍經(jīng)注漿管注入圍巖裂隙，并在2min時間內(nèi)迅速凝固，加固圍巖。

3 結(jié) 論

(1)針對該巷道所處煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、穩(wěn)定性差、巷道隨掘隨漏、圍巖強度低的特點，以及巷道冒頂段位于斷層構(gòu)造帶影響區(qū)域下，頂板異常破碎、冒頂高度較大的特殊情況，提出了錨網(wǎng)索并架設(shè)全封閉“O”型棚，另在中間架設(shè)液壓抬棚支架的聯(lián)合支護方式，為預(yù)防沖擊地壓以及過斷層破碎帶等特殊地段巷道圍巖控制進行了針對性的探索。

(2)通過采取注射化學(xué)漿液，改變巷道圍巖的破碎狀態(tài)，達到提高巷道圍巖強度的效果，在保證斷層區(qū)域內(nèi)施工安全的同時，提高了掘進施工速度，對確保礦井正常的采掘接替具有重要意義。

2014-09-26)

關(guān)前進(1975—)，男，助理工程師，041606 山西省洪洞縣廣勝寺鎮(zhèn)。