巷道過斷層破碎帶施工技術(shù)研究

孟麗兵

（山西高平科興南陽煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400）

斷層是煤礦井下掘進作業(yè)中較常見的地質(zhì)構(gòu)造，斷層構(gòu)造的出現(xiàn)會造成工作面應(yīng)力集中，導(dǎo)致巷道圍巖破碎，增加巷道支護困難，從而影響整個巷道的掘進安全作業(yè)。以南陽煤業(yè)公司3206 綜放工作面軌道順槽的實際工況來進行巷道過斷層的施工技術(shù)實踐研究，探索采用錨索網(wǎng)、注漿加固、支棚等技術(shù)措施方案，該施工技術(shù)方案有效地提高了巷道圍巖的變形量，保障了巷道掘進的安全。

1 工作面概況

山西高平科興南陽煤業(yè)有限公司當(dāng)前主要開采3#煤層，3206 工作面位于二采區(qū)西北，井下標(biāo)高-578.4 ～-641.6m。3#煤層的煤厚為1.9m～4.1m，平均厚度3.2m，煤層傾角為4°～8°，平均傾角6°。巷道揭露斷層情況如表1 所示。

從表1 數(shù)據(jù)可知，F(xiàn)3、F5、F6、WF57 等斷層落差都高達3m，對巷道掘進和回采影響較大，必須制定相應(yīng)的過斷層破碎帶的施工技術(shù)方案，防止過斷層時片幫冒頂?shù)劝踩鹿实陌l(fā)生。

表1 巷道揭露斷層情況表

2 斷層影響巷道失穩(wěn)的模擬研究

2.1 模擬方案設(shè)計

使用FLAC3D模擬軟件對3206 綜放工作面軌道順槽1540m 處過斷層帶時的圍巖塑性區(qū)范圍和變形量進行研究，從而推斷出斷層對于巷道失穩(wěn)問題的規(guī)律變化。基于3206 綜放工作面軌道順槽1540m 處的巖層性質(zhì)，建立180m×210m×150m 模型，施加4.0MPa 應(yīng)力荷載，進一步觀察模擬數(shù)據(jù)的變化。

2.2 模擬結(jié)果分析

2.2.1 巷道圍巖變形量分析

利用FLAC3D模擬軟件得到3206 綜放工作面軌道順槽掘進至1540m 處的巷道底板、頂板和幫部圍巖變形量的數(shù)據(jù)情況，如圖1 所示。

圖1 3206 綜放工作面軌道順槽1540m 處圍巖變形量

由圖1 數(shù)據(jù)可知，當(dāng)施工掘進至過渡帶時，巷道圍巖的變形量迅速增大，至破碎帶時達到最大值。在破碎帶時底鼓量由0.4m 增至1.5m，頂板下沉量由0.44m 增大到1.3m，兩幫的移近量由0.34m 增大到1.14m。從FLAC3D模擬情況來看，3206 綜放工作面軌道順槽掘進至1540m 處的巷道底板、頂板和幫部圍巖變形量都非常之大，必須采取相應(yīng)的過斷層施工技術(shù)措施，保障巷道掘進的安全。

2.2.2 塑性區(qū)范圍分析

通過FLAC3D模擬軟件可以模擬得到3206 綜放工作面軌道順槽10m、50m、55 m、60 m、100m 塑性區(qū)范圍情況，如圖2 所示。

圖2 3206 綜放工作面軌道順槽巷道圍巖塑性區(qū)范圍

從圖2 可知，3206 綜放工作面軌道順槽10m、50m、55m、60m、100m 處幫部塑性區(qū)最大范圍分 別 為2.5m、4.6m、3.6m、4.4m、1.9m；10m、55m、100m 處頂?shù)装遄畲笏苄詤^(qū)范圍分別為3.6m、4.0m，5.1m、6.1m，2.9m、4.0m。從上述結(jié)果可知，巷道處于50m、55m、60m 處的過渡帶和破碎帶塑性區(qū)范圍有了明顯的增大。

3 支護方式的設(shè)計

當(dāng)3206 綜放工作面軌道順槽掘進至斷層附近時停工，采用鉆探技術(shù)確定斷層的準(zhǔn)確位置，準(zhǔn)確掌握斷層到工作面距離。基于F3、F5、F6、WF57等斷層的影響，當(dāng)3206 綜放工作面軌道順槽掘進至斷層破碎帶時巷道變形嚴(yán)重，必須改進支護設(shè)計方案，提高支護強度。針對這一情況在該巷道過斷層時設(shè)計采用了錨索網(wǎng)、注漿加固、支棚等技術(shù)措施方案，并確定了支護參數(shù)。

3.1 錨網(wǎng)索支護設(shè)計及參數(shù)確定

當(dāng)斷層距離工作面10m 時開始加強支護，加密巷道的錨桿和錨網(wǎng)數(shù)量，減小錨桿和錨網(wǎng)的間排距。錨網(wǎng)索支護示意圖如圖3 所示，巷道頂板每排采用6 根Φ20mm×2400mm 高強預(yù)應(yīng)力錨桿，間排距為800mm×600mm；直 徑 為23mm 的CK2350 型樹脂錨固劑，每塊長度為500mm；錨桿均使用配套標(biāo)準(zhǔn)螺母緊固，錨桿錨固力不小于50kN。錨網(wǎng)采用Φ6mm 冷拔鋼筋焊接成的金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)規(guī)格為2000mm×1000mm，網(wǎng)格為100mm×100mm，網(wǎng)片搭接壓茬不小于100mm。巷道頂板每排3 根錨索，錨索規(guī)格為Φ18.9mm×8300mm 鋼絞線錨索，間排距1600mm×900mm，每根錨索配用1 支MSCK2335 和2 支MSK2360 樹脂錨固劑，錨索托盤采用300mm×300mm×20mm 的高強托盤，高度不低于56mm，配套高強度可調(diào)心球墊及鎖具。

圖3 錨網(wǎng)索支護示意圖

3.2 注漿參數(shù)的設(shè)計

從FLAC3D模擬結(jié)果可知，3206 綜放工作面軌道順槽的斷層影響破碎區(qū)域較大，必須采用預(yù)注漿技術(shù)對掘進巷道過斷層破碎帶進行加固處理。當(dāng)掘進至破碎帶區(qū)域時進行巷道頂板巖層的注漿加固作業(yè)，設(shè)備選用ZBYS 系列便攜式液壓注漿泵，沿巷道軸向布置5 個注漿孔。注漿材料：水泥漿，采用強度等級為42.5 的優(yōu)質(zhì)普通硅酸鹽水泥與清水配制。水泥漿液水灰比為0.45～0.55，添加占水泥重量的1%～2%的高效復(fù)合早強減水劑。

3.3 支棚支護設(shè)計

當(dāng)巷道掘進至斷層前3m 處，迎頭全部架設(shè)鋼棚，鋼棚間距為1000mm。巷道斷面形狀為梯形，頂凈寬3400mm，底凈寬4000mm， 凈高2300mm，凈斷面8 .51m2。支棚支護與錨網(wǎng)索聯(lián)合支護情況如圖4 所示。

4 支護效果分析

3206 綜放工作面軌道順槽過斷層破碎帶施工時，采用了錨網(wǎng)索支護、注漿加固、支棚支護等多種技術(shù)措施。從該巷道頂板下沉量監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，頂板下沉量最大數(shù)值為68mm，表明該支護技術(shù)措施有效控制了巷道圍巖的變形量，提高了巷道的穩(wěn)定性，為過斷層的安全施工提供了保障。

圖4 軌道順槽支棚支護與錨網(wǎng)索聯(lián)合支護示意圖