東歡坨礦南翼運(yùn)輸大巷過(guò)斷層構(gòu)造帶施工技術(shù)

張連偉

(開(kāi)灤(集團(tuán))有限責(zé)任公司東歡坨礦業(yè)分公司，河北 唐山 064002)

目前，國(guó)內(nèi)煤礦井下過(guò)大型斷層構(gòu)造帶大多采用架棚支護(hù)或“錨網(wǎng)噴+架棚”支護(hù)技術(shù)，而架棚支護(hù)屬于被動(dòng)支護(hù)，不能充分發(fā)揮圍巖自身的承載能力[1-4]，特別是當(dāng)受到斷層構(gòu)造帶特殊的構(gòu)造應(yīng)力影響，巷道圍巖極易發(fā)生變形破壞，同時(shí)，普通的架棚支護(hù)難以解決巷道施工及使用過(guò)程中所受到的涌水的影響。因此，探索一種新型過(guò)斷層構(gòu)造帶掘進(jìn)及支護(hù)技術(shù)手段尤為需要[5-10]。東歡坨礦-690水平南翼運(yùn)輸大巷在施工過(guò)程中前方遇正斷層構(gòu)造帶，為了安全通過(guò)該地段，保證-690水平南翼運(yùn)輸大巷施工的連續(xù)性，在巷道過(guò)斷層構(gòu)造帶施工中針對(duì)巷道不同的圍巖條件分別采用“二層次錨、網(wǎng)、繩支護(hù)+三層次噴漿”、“三層次錨、網(wǎng)、繩支護(hù)+四層次噴漿”的強(qiáng)韌封層支護(hù)體系，配合采用新型“自固、留壓、內(nèi)自閉”巖體注漿錨桿進(jìn)行預(yù)注漿加固頂板等復(fù)雜綜合技術(shù)[11-15]，安全通過(guò)了構(gòu)造帶，保證了礦井后續(xù)巷道施工的正常進(jìn)行。

1 工程概況

東歡坨礦-690水平南翼運(yùn)輸大巷位于-690水平，與-690水平南翼軌道大巷夾角40°，兩條巷道通過(guò)上山連接。該大巷標(biāo)高為-666.8m，比-690南翼軌道大巷高23.m；方位N 213°巷道坡度為3‰上坡，大巷穿過(guò)南一采區(qū)，設(shè)計(jì)巷道為半圓拱形斷面，掘進(jìn)斷面6300mm×4300mm(凈斷面5700mm×4000mm)，采用錨注支護(hù)方式，設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度為3700m，截止到2017年11月，已施工了2709m。剩余工程量992m。目前-690水平南翼運(yùn)輸大巷迎頭標(biāo)高-666.8m，迎頭為9煤層及其頂板，煤層厚度1.5m，傾角24°，煤層偽頂為黑色粉砂巖，褐色劃痕，厚0.4m，直接頂為深灰色粉砂巖，裂隙發(fā)育，含大塊結(jié)核。

-690水平南翼運(yùn)輸大巷在13-20測(cè)點(diǎn)前97m(巷道迎頭前方25m)處，存在一條SF15正斷層，如圖1所示。經(jīng)過(guò)精查、地質(zhì)勘探及三維地震綜合勘探，SF15斷層落差17m，傾角74°，走向NWW～SEE，傾向NNE～SSW，斷層破碎帶寬度6～8m，斷層在巷道前方不導(dǎo)水，在左前方(距巷道法線(xiàn)距離27m)局部導(dǎo)水，現(xiàn)已進(jìn)行注漿封堵，對(duì)巷道施工基本無(wú)影響。但在主斷層前方還發(fā)育有兩個(gè)破碎帶，分別在位于巷道前方37～40m及46～48m處。-690水平南翼運(yùn)輸大巷設(shè)計(jì)由SF15斷層上盤(pán)進(jìn)入斷層下盤(pán)，穿過(guò)此斷層，工程量約70m。為保證過(guò)斷層施工安全及巷道支護(hù)強(qiáng)度，決定采用正臺(tái)階法施工配合強(qiáng)韌封層錨注支護(hù)技術(shù)通過(guò)SF15斷層。

圖1 -690水平南翼運(yùn)輸大巷與SF15斷層位置關(guān)系

2 過(guò)斷層構(gòu)造帶方案設(shè)計(jì)

根據(jù)-690水平南翼運(yùn)輸大巷過(guò)SF15斷層帶圍巖極其破碎特點(diǎn)，嚴(yán)格按照“輕擾動(dòng)、短步距、嚴(yán)注漿、早封閉”構(gòu)建均質(zhì)支護(hù)體系的原則，采用“超前固化→點(diǎn)-線(xiàn)-面掘進(jìn)→立體支護(hù)→監(jiān)測(cè)監(jiān)控→動(dòng)態(tài)注漿控制→安全防范”的過(guò)斷層構(gòu)造帶的方案設(shè)計(jì)。

1)采用密集的超前探孔和多角度的超前注漿錨桿，超前固結(jié)圍巖，改善和提高斷層破碎帶中巖體的各項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)，提前封水和固結(jié)頂板，保證安全施工。

2)在進(jìn)入斷層帶新掘斷面時(shí)，嚴(yán)格堅(jiān)持“由點(diǎn)到線(xiàn)，由線(xiàn)到面”、“由局部斷面到整個(gè)斷面”、“臺(tái)階和分部開(kāi)挖”的掘進(jìn)施工工藝。

3)采用多層次的噴射混凝土、等強(qiáng)錨桿、鋼絲繩組成的聯(lián)合支護(hù)體系，形成多層次的強(qiáng)韌封層，達(dá)到安全有效的控制頂板和保證巷道支護(hù)的長(zhǎng)期穩(wěn)定目的。

4)在監(jiān)測(cè)監(jiān)控的嚴(yán)密掌控圍巖變化狀況下，不斷適時(shí)補(bǔ)強(qiáng)，確保過(guò)斷層整個(gè)過(guò)程中的支護(hù)安全可靠。

5)當(dāng)巷道變形速度連續(xù)三天達(dá)到10mm/d時(shí)，巷道總變形量達(dá)到80～100mm，立即停止掘進(jìn)工作面掘進(jìn)，開(kāi)始進(jìn)行動(dòng)態(tài)注漿工作。采用新型的 “自固、留(存)壓、內(nèi)自閉式”巖煤體注漿錨桿作為過(guò)斷層防水和快速注漿的可靠保證。

6)在巷道掘進(jìn)過(guò)程中以及在掘進(jìn)支護(hù)結(jié)束后，都必須做好嚴(yán)格的礦壓監(jiān)測(cè)監(jiān)控工作。通過(guò)對(duì)巷道進(jìn)行測(cè)點(diǎn)和巷道支護(hù)層的檢測(cè)監(jiān)控，可以掌握巷道變形和各支護(hù)單元的工作狀態(tài)，從而驗(yàn)證支護(hù)設(shè)計(jì)可靠性，同時(shí)也可以為動(dòng)態(tài)支護(hù)提供及時(shí)恢復(fù)工作阻力的依據(jù)，確保巷道支護(hù)的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定。

3 巷道過(guò)斷層構(gòu)造帶施工技術(shù)

3.1 施工工藝

3.1.1 距斷層帶4m以外巷道施工工藝

打超前預(yù)注漿孔→安裝超前強(qiáng)封閉內(nèi)自閉注漿錨桿→預(yù)注漿→注漿→固化→打眼放炮破巖→敲幫問(wèn)頂→噴漿(初噴漿，厚度80mm)→打錨桿→掛繩→復(fù)噴(二層次噴漿，厚度100mm)→打錨桿→掛繩→復(fù)噴(三層次復(fù)噴漿，厚度80mm)→開(kāi)挖卸壓槽→打注漿錨桿→注漿→監(jiān)測(cè)監(jiān)控(4～6個(gè)月)→清理→打注漿錨桿→復(fù)注→成巷。

3.1.2 距斷層帶4m內(nèi)及斷層破碎帶內(nèi)巷道施工工藝

打超前預(yù)注漿孔→安裝超前強(qiáng)封閉內(nèi)自閉注漿錨桿→預(yù)注漿→注漿→固化→風(fēng)鎬破巖→敲幫問(wèn)頂→噴漿(初噴漿，厚度80mm)→臺(tái)階式施工→打錨桿→掛繩→復(fù)噴(二層次噴漿，厚度100mm)→打錨桿→掛繩→復(fù)噴(三層次復(fù)噴漿，厚度80mm)→掛繩→復(fù)噴(四層次復(fù)噴漿，厚度60mm)→開(kāi)挖卸壓槽→打注漿錨桿→注漿→監(jiān)測(cè)監(jiān)控(4～6個(gè)月)→清理→打注漿錨桿→復(fù)注→成巷。

3.2 超前預(yù)注漿

超前預(yù)注漿是在巷道未掘進(jìn)前進(jìn)行的注漿。利用水泥強(qiáng)度加固封閉圍巖，封堵出水點(diǎn)。其實(shí)質(zhì)就是通過(guò)超前布置雙層不同角度的注漿錨桿，對(duì)巷道圍巖進(jìn)行超前注漿，以達(dá)到封堵水和強(qiáng)固巷道圍巖的目的，來(lái)保證在過(guò)SF15斷層帶的巷道支護(hù)穩(wěn)定和施工中的安全。

1)超前注漿孔沿巷道軸線(xiàn)方向，角度分別為15°和45°，沿巷道一周間隔布置，打一根15°，再打一根45°，如此交替進(jìn)行，確保封堵水路和膠結(jié)斷層中的巷道淺表巖體裂隙和控制頂板冒落。預(yù)注漿錨桿采用 “自固、留(存)壓、內(nèi)自閉式”巖煤體注漿錨桿，注漿錨桿長(zhǎng)度1800mm，注漿錨桿外露長(zhǎng)度不大于100mm。超前注漿錨桿角度布置如圖2所示。

圖2 超前注漿錨桿角度布置(mm)

2)超前注漿錨桿長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為1800mm，眼深2400mm，距斷層帶4m以外巷道超前注漿錨桿間距600mm(距斷層帶4m內(nèi)及斷層破碎帶內(nèi)巷道超前注漿錨桿間距300mm)，15°和45°的兩組注漿錨桿相互間隔布置，沿巷道一周共打62根；每個(gè)循環(huán)必須打3～5個(gè)長(zhǎng)3000mm超前孔，即作為探水孔，又作為超前注漿孔。

3)在斷層巷道掘進(jìn)時(shí)，每循環(huán)進(jìn)度為700mm，超前注漿錨桿為兩個(gè)循環(huán)進(jìn)尺打一排超前注漿錨桿，即超前注漿錨桿的循環(huán)距離為1400mm，以此類(lèi)推，完成整個(gè)斷層及前后巷道的超前預(yù)注漿。超前預(yù)注漿注漿量每個(gè)孔2～3袋水泥。

3.3 過(guò)斷層構(gòu)造帶掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)

3.3.1 斷層區(qū)域外穩(wěn)定圍巖巷道掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)

距斷層面4m以外，由巷道迎頭前21m及過(guò)斷層后52m以外的巷道施工方法：

1)掘進(jìn)方式：采用普通法施工，即光面爆破法破巖，炮掘循環(huán)進(jìn)度為800mm；槽眼深度1200mm，其他炮眼眼深為1000mm；響炮后及時(shí)找平，檢查荒斷面輪廓，欠挖的部位風(fēng)鎬刷掉，強(qiáng)化初噴；及時(shí)封閉圍巖，打錨桿掛網(wǎng)臨時(shí)護(hù)頂，嚴(yán)格控制巷道冒落和片幫。

3.3.2 距斷層面4m內(nèi)及斷層帶內(nèi)圍巖掘進(jìn)和支護(hù)施工

距斷層面4m內(nèi)及斷層帶內(nèi)，由巷道迎頭前21～52m段巷道掘進(jìn)方法：

1)掘進(jìn)方式：由于設(shè)計(jì)斷面較大、圍巖破碎，采用臺(tái)階式施工方法，風(fēng)鎬破巖，按巷道斷面分為上、下兩個(gè)部分：先施工上部半圓拱形，施工高度為3150mm，施工長(zhǎng)度3～5m成巷后；再施工下部直墻部分，直墻高度1150mm，直墻施工3～5m再轉(zhuǎn)入半圓拱施工，如此交替施工。

圖3 三層次錨、網(wǎng)、繩支護(hù)方式(mm)

3.4 掛繩噴漿

1)鋼絲繩吊掛縱向長(zhǎng)度不得小于10m，橫向以巷道輪廓長(zhǎng)度為準(zhǔn)；鋼絲繩規(guī)格為6″以上兩股繩，每根長(zhǎng)度為13m，鋼絲繩搭接長(zhǎng)度為700mm，要求搭接處用錨桿盤(pán)壓牢并且要求插交搭接。三個(gè)層次的鋼絲繩間排距分別為350mm×350mm。三錨四噴實(shí)物圖如圖4所示。

圖4 三錨四噴實(shí)物圖

2)噴漿采用525#(600)水泥。配比：水泥∶中粗砂∶石渣=1∶2.5∶2.5；噴射混凝土強(qiáng)度為C20，速凝劑的摻入量為水泥用量的3%～5%。

3)為了及時(shí)封閉圍巖，巷道開(kāi)挖后，迎頭頂幫必須進(jìn)行初噴漿封閉圍巖，厚度80mm。初噴后間隔30min，待混凝土噴層凝固后開(kāi)始打錨桿掛繩、二次復(fù)噴。斷層帶內(nèi)第三層噴漿，必須拉線(xiàn)噴，噴平噴直噴圓滑，符合設(shè)計(jì)要求。第四層噴漿為巷道成型噴漿，必須拉線(xiàn)噴。

3.5 壁后注漿

1)第一次壁后注漿(初注漿)是在第一層次錨桿和鋼絲繩打掛完并噴漿完成后進(jìn)行，注漿時(shí)間與預(yù)注漿同時(shí)進(jìn)行。注漿錨桿采用直徑4″普通鐵管注漿錨桿，注漿錨桿長(zhǎng)度1800mm，孔深2000mm。注漿錨桿間排距1400mm×1400mm，共打入注漿錨桿10根。注漿量每個(gè)孔5袋水泥。

2)第二次壁后注漿是在二層次錨桿鋼絲繩支護(hù)噴漿完進(jìn)行，采用普通直徑4″鐵管注漿錨桿，錨桿長(zhǎng)度1800mm，孔深2000mm。注漿錨桿間排距1500mm×1500mm。二次注漿錨桿只是打在碹頂和兩幫，垂直兩幫巷頂打入，共打8根，巷底不打。與第1次注漿錨桿間距3～5m，注漿量每孔4袋水泥。

3)第三次壁后注漿是在三層次錨桿鋼絲繩支護(hù)噴漿的基礎(chǔ)上進(jìn)行，采用普通直徑4″鐵管注漿錨桿，錨桿長(zhǎng)度1800mm，注漿錨桿間排距1800mm×1800mm，垂直打入頂幫內(nèi)，共打6根，巷底不打。與第二次注漿錨桿的距離5～8m。注漿量每孔4袋水泥。

4)第四次壁后注漿是在3個(gè)月后當(dāng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控移變速度連續(xù)三天達(dá)到10mm/d以及總變形量達(dá)到80～100時(shí)選擇注漿，注漿錨桿間排距為1500mm×1500mm。頂幫共打入注漿錨桿9根。錨桿直接打在三、四層噴完漿的混凝土漿皮上，注漿量每孔3～4袋水泥。

3.6 布置卸壓槽和注漿錨桿

1)卸壓槽的布置：共布置4個(gè)卸壓槽，巷道左右?guī)蛢蓭蛪歉鞑贾靡粋€(gè)，巷中布置兩個(gè)。巷中兩個(gè)分別距兩幫距離為1800mm。卸壓槽長(zhǎng)度70m，和斷層長(zhǎng)度一樣。

2)卸壓槽尺寸：有水溝幫卸壓槽寬×深=1200mm×600mm，卸壓槽寬度需延伸到直墻外400mm，直墻內(nèi)留800mm；無(wú)水溝幫卸壓槽寬×深=1000mm×600mm，卸壓槽寬度延伸到直墻外400mm，直墻內(nèi)800mm；巷中兩個(gè)卸壓槽寬×深=400mm×400mm。

3)卸壓槽內(nèi)注漿錨桿布置：兩幫卸壓槽內(nèi)注漿錨桿布置4根，沿直墻外扎45°各一根，兩卸壓槽內(nèi)各打一根。巷中兩個(gè)卸壓槽內(nèi)各打注漿錨桿一根。卸壓槽的注漿錨桿打在槽內(nèi)底板，外露長(zhǎng)度100mm，注漿錨桿眼深1800mm，錨桿長(zhǎng)度1600mm，排距1500mm。卸壓槽及注漿錨桿布置如圖5所示。

圖5 卸壓槽及注漿錨桿布置(mm)

4)卸壓槽開(kāi)挖時(shí)間：在斷層帶以外(較穩(wěn)定圍巖狀況下)，必須在支護(hù)分層的第三個(gè)層次支護(hù)完成后開(kāi)挖。在斷層帶以?xún)?nèi)(不穩(wěn)定圍巖狀況下)，分層支護(hù)的第四個(gè)層次支護(hù)完成后開(kāi)挖，巷道每掘進(jìn)支護(hù)20m成巷道后，開(kāi)挖卸壓槽。卸壓槽開(kāi)挖后，穩(wěn)定圍巖卸壓時(shí)間7～8d，不穩(wěn)定圍巖卸壓時(shí)間5～7d，破碎狀態(tài)下圍巖卸壓時(shí)間1～2d后補(bǔ)打卸壓槽的幫錨桿，并掛繩噴漿。

4 結(jié) 語(yǔ)

東歡坨礦-690水平南翼運(yùn)輸大巷過(guò)斷層構(gòu)造帶掘進(jìn)過(guò)程中，采用超前預(yù)注漿、“二層次錨、網(wǎng)、繩支護(hù)+三層次噴漿”和“三層次錨、網(wǎng)、繩支護(hù)+四層次噴漿”強(qiáng)韌封層支護(hù)體系、超前“自固、留壓、內(nèi)自閉”巖煤體注漿錨桿等復(fù)合支護(hù)技術(shù)，取得了滿(mǎn)意效果，安全通過(guò)了斷層帶，保證了巷道掘進(jìn)施工的連續(xù)性，經(jīng)后期觀(guān)測(cè)，該段巷道沒(méi)有出現(xiàn)明顯的變形及破壞現(xiàn)象，可為開(kāi)拓巷道通過(guò)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造帶施工提供一定借鑒。