過連續(xù)斷層區(qū)煤巷掘進及支護技術(shù)研究

朱海峰

（王晁煤礦有限責任公司，山東 棗莊 277518）

0 引 言

巷道掘進過程中常存在過復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的情況，其中以遇斷層構(gòu)造最為普遍。斷層是漫長歷史時期中形成的構(gòu)造，是巖體中自然存在的特殊結(jié)構(gòu)弱面。斷層的出現(xiàn)不僅會影響巷道的正常掘進，而且在構(gòu)造應(yīng)力作用下，斷層影響區(qū)域內(nèi)的圍巖力學強度很低。因此巷道掘進過程中，在地應(yīng)力和工程擾動的影響下，使處于塑性狀態(tài)的圍巖發(fā)生漸進性損傷破壞，并最終造成巷道的失穩(wěn)變形。

現(xiàn)階段，我國煤礦工作面巷道掘進中，在遇落差不超過煤層厚度的小斷層構(gòu)造時，常采用直接強過斷層的方式。在遇落差達3～6m的斷層時，則采用后退挑頂或后退臥底方法，并配合相應(yīng)的支護方式以保證巷道圍巖穩(wěn)定。但在過連續(xù)斷層情況下的掘進和支護方式選擇卻很少涉及，本文以王晁礦20408工作面為工程背景，對運輸順槽過連續(xù)斷層構(gòu)造時的掘進支護方式進行研究，并分析巷道圍巖變形情況。

1 工程概況

棗莊王晁煤礦有限責任公司隸屬于臺兒莊區(qū)區(qū)屬國有控股有限責任公司，礦井位于滕州市級索鎮(zhèn)境內(nèi)，目前主要回采 3下、12下、14、16、17煤層。其 20408工作面位于204采區(qū)，主采12下煤層厚度0.30～2.37m，平均厚度1.20m，可采性指數(shù)0.95，開采標高為-270～-470m，屬大部可采薄煤層。12下號煤層頂?shù)装鍘r性及理化性質(zhì)見表1。

表1 12下煤層頂?shù)装鍘r性及理化性質(zhì)

巷道掘進中發(fā)現(xiàn)：頂板巖層不甚堅硬，膠結(jié)松散，加上小斷層十分發(fā)育，將頂板切割的支離破碎，極易冒落，初次跨落步距為25m，日常下沉量20mm，最大來壓下沉量40mm，屬二級一類頂板。老頂為膠結(jié)致密堅硬的長石～石英砂巖，常形成20～30m的空頂，極難冒落，屬來壓強烈型頂板。直接底板為為八灰，局部八灰沉缺，相變?yōu)槟鄮r，普遍含泥巖偽底，厚0.15m。底板凹凸不平，井下常見灰?guī)r擠入煤層，形成“灰?guī)r穿刺”構(gòu)造，使煤層局部變薄。

20408工作面運輸順槽設(shè)計沿12下煤底板矩形斷面掘進835m，采用綜合機械化掘進工藝，錨網(wǎng)錨索支護。當掘進到453m時，巷道揭露兩條正斷層。巷道揭露第一條落差5.0m的正斷層后，斷層將煤層斷開至巷道底板以下，在施工下山找煤期間，迎頭又揭露一條落差14m的正斷層，將煤層抬高至巷道頂板，形成了一處地塹構(gòu)造。巷道遇連續(xù)斷層區(qū)巖性變化示意圖如圖1所示。

圖1 巷道遇連續(xù)斷層區(qū)巖性變化示意圖

2 巷道掘進及支護方式

為避免巷道過連續(xù)斷層時形成的地塹式構(gòu)造對后期施工和運輸?shù)挠绊?，并考慮掘進效率及煤炭資源回收量等情況下，設(shè)計對20408工作面運輸順槽在斷層影響區(qū)外進行如圖2所示的挑頂施工上山，其具體施工如下：

1）挑頂施工：自運輸順槽地質(zhì)勘測點J9外延7m開始由外向里逐排以錨桿位置依次進行挑頂施工，并緊跟放頂迎頭施作金屬網(wǎng)、錨桿及錨索等進行巷道二次支護。施工時，先解開頂板金屬網(wǎng)，清空網(wǎng)后冒落矸石，隨后卸掉錨桿托盤，并使用專用找頂工具進行挑頂定位，然后采用風鉆打眼爆破法進行挑頂施工。挑頂時以J9號點向外7m為基準，距離巷道頂板1.3m設(shè)好腰線，挑頂前需按250‰坡度將挑頂范圍內(nèi)腰線標定完畢，打眼挑頂時以基準處巷道高度現(xiàn)場確定需挑頂厚度，挑頂后確保該段巷道頂?shù)装宄梢粋€坡度。

采用爆破法進行挑頂施工時，為保證頂板穩(wěn)定性和巷道安全，炮眼炸藥量控制在0.1～0.2kg，單次放炮僅起爆2個炮眼，炮眼封孔炮泥長度嚴格執(zhí)行《煤礦安全規(guī)程》相關(guān)規(guī)定。冒落矸石直接墊在該處巷道底板上，并將原老巷道墊實，且保證巷道高度不低于2.3m，底板要清理平直方便人員行走。

2）巷道支護：挑頂前，需對施工段巷道采取臨時支護，即可采用2根長度為4.5m的DN50厚壁鋼管作為前探梁支護，接頂木枇采用長×寬×厚=2200×200×50mm的木枇或長度不小于2200mm半圓木接實頂并用木楔加固。

挑頂后，巷道頂、幫支護采用錨網(wǎng)+錨索進行支護，錨桿排距1.0m，間距0.8m。兩幫采用煤礦井下用雙向拉伸塑料護幫網(wǎng)護幫，2.2m鋼筋梁壓網(wǎng)，φ14×1500mm圓鋼錨桿錨固，錨桿自距頂400～500mm處布置，間排距1000×1000mm。錨索排距1.0m，采用雙錨索梁進行支護：每隔1.0m施工一組錨索，每組2棵；施工錨索時沿巷道中心線布置，緊跟迎頭打設(shè)，當前排錨索距迎頭最前一排錨桿超過1.0m時及時打錨索。放炮前永久支護（錨桿）至迎頭距離不大于1000mm，放炮后永久支護（錨桿）至迎頭距離不大于2000mm。

安裝永久支護的錨桿時，托盤必須與圍巖接觸嚴密，托盤、螺母要上緊上牢，頂板螺紋鋼錨桿露出螺母長度10～100mm，兩幫圓鋼錨桿露出螺母長度10～50mm，錨索露出鎖具長度為150～250mm。迎頭矸石達到可以進行頂板錨桿支護的高度時，必須及時進行頂板錨網(wǎng)支護，挑落煤（巖）堆積無法進行錨桿支護時，必須先處理矸石再進行支護。

3 圍巖變形情況

圖2 巷道表面位移監(jiān)測斷面示意圖

巷道挑頂施工完成后，巷道表面位移觀測采用改進的“十”字交叉法進行測量，在巷道內(nèi)斷層影響區(qū)中心位置布置一個測點，布置方式如圖2所示。在頂?shù)装搴蛢蓭椭胁糠謩e垂直于表面打φ28mm×0.4m的鉆孔，然后將長φ20mm×0.5m的螺紋鋼放置在鉆孔中央，并且使用一支z235樹脂錨固劑將螺紋鋼錨固在鉆孔內(nèi)，并外露50mm。根據(jù)圖示幾何位置，具體測量方法如下：在A、B之間拉緊測繩，并用鋼卷尺讀取AB值，以測量順槽頂?shù)装宓囊平?；C、D之間拉緊一鉛垂線，讀取CD的值，以測量兩幫的偏移量。

對20408運輸順槽挑頂完成后即進行觀測，觀測周期為2個月，前期受施工擾動影響巷道位移較大，設(shè)置為每天觀測一次，后期巷道逐漸穩(wěn)定，改為每兩天觀測一次，觀測結(jié)果記錄成表，斷層影響區(qū)內(nèi)的巷道圍巖變形量如圖3所示。

圖3 運輸順槽圍巖變形觀測結(jié)果

通過圖3可以看出：運輸順槽圍巖位移量的變形趨勢為前期變形快，后期逐漸趨于平緩，巷道頂?shù)装逡平俣仍谥ёo初期為14 mm/d，兩幫最大移近速度為12.5 mm/d，隨著時間推移，巷道變形速度越來越小，最終穩(wěn)定在0.1mm/d左右。至觀測結(jié)束，兩幫移近量約為150mm，頂?shù)滓平考s為190 mm，此時運輸順槽斷面能夠滿足現(xiàn)場運輸要求。

4 結(jié) 論

本文以王晁礦20408工作面運輸順槽過連續(xù)斷層區(qū)為背景，提出采用后撤挑頂?shù)姆绞奖苊庀锏姥氐酌壕蜻M出現(xiàn)的V字形地塹構(gòu)造，并以鋼管+木枇組合作為臨時支護，以錨網(wǎng)+錨索組合作為永久支護保證巷道斷面的穩(wěn)定性。通過現(xiàn)場觀測得出巷道圍巖位移量的變形趨勢為前期變形快，后期逐漸趨于平緩，最終圍巖變形量滿足巷道斷面的實際要求，從而為類似情況下的工程提供參考依據(jù)。