樹(shù)兒里礦2204 巷掘進(jìn)過(guò)斷層圍巖控制研究

武 輝

（大同煤礦集團(tuán)同生樹(shù)兒里煤業(yè)有限公司，山西 大同 037100）

斷層是煤炭開(kāi)采時(shí)常遇地質(zhì)構(gòu)造，回采巷道在掘進(jìn)過(guò)斷層期間，受斷層破壞帶影響圍巖支護(hù)條件變差，容易出現(xiàn)頂板冒落，給巷道圍巖控制帶來(lái)一定影響[1-3]。在巷道過(guò)斷層時(shí)需要根據(jù)圍巖變化情況及時(shí)調(diào)整圍巖控制方案[4]。以樹(shù)兒里礦2204 巷掘過(guò)F39、F40 正斷層為例，對(duì)巷道過(guò)斷層期間的圍巖控制技術(shù)措施進(jìn)行歸納總結(jié)。

1 概況

樹(shù)兒里煤礦可采煤層為3#煤層，3#煤層?xùn)|北-西南走向，傾向東南，平均埋深210 m，北高南低，煤層傾角7°，厚度11.8 m，硬度（f 值）3～4。直接頂為2.26～5.29 m 的砂質(zhì)泥巖，基本頂為9.1 m 的砂巖，直接底為1.35～3.25 m 的細(xì)砂巖。

2204 巷長(zhǎng)度483.6 m，周邊均為實(shí)體煤，沿煤層底板掘進(jìn)，矩形斷面（掘?qū)挕?掘高=5200×3300 mm）。采用綜掘，破煤用EBZ-260綜掘機(jī)，運(yùn)煤用DSJ80/2×55 膠帶。正常條件下支護(hù)采用錨網(wǎng)索+鋼帶?，F(xiàn)2204 巷已掘至150 m處，預(yù)計(jì)在160 m、188 m 位置分別揭露F39 正斷層（H=1.2 m，135°∠50°）、F40 正斷層（H=2.0 m，35°∠53°）。為了確保巷道過(guò)斷層安全，原設(shè)計(jì)采用組合錨索和錨索吊掛工字鋼補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施來(lái)控制圍巖變形。

2 斷層對(duì)圍巖控制影響分析

2204 巷道掘進(jìn)至F39、F40 斷層附近時(shí)，地應(yīng)力分布關(guān)系見(jiàn)圖1。其中：最大主應(yīng)力（σ1）為垂向，中間主應(yīng)力（σ2）平行斷層走向，最小主應(yīng)力（σ3）與斷層面垂直。

2204 巷由斷層上盤(pán)進(jìn)入到下盤(pán)，在掘進(jìn)中底板最先受斷層影響，破碎程度增加，在最大垂向應(yīng)力及水平應(yīng)力同時(shí)作用下，底板會(huì)出現(xiàn)底鼓；掘進(jìn)過(guò)破碎帶時(shí)，頂板破碎且垂向應(yīng)力直接作用下頂板，巷道頂、底板及巷幫均表現(xiàn)出較大變形；當(dāng)通過(guò)破碎帶后，巷道底板為砂巖，其余為煤層，砂巖強(qiáng)度顯著高于煤層，在垂向應(yīng)力作用下圍巖變形以頂板沉、巷幫收斂為主，底鼓量保持在低位。由于巷道底板為砂巖，頂板及巷幫為煤層，因此應(yīng)針對(duì)上述特征進(jìn)行強(qiáng)頂板支護(hù)。

通過(guò)分析，斷層對(duì)巷道掘進(jìn)造成的影響歸結(jié)起來(lái)有以下幾點(diǎn)：

（1）斷層造成煤巖層錯(cuò)位，擾亂巷道原有的設(shè)計(jì)布局。同時(shí)斷層會(huì)降低附近煤體穩(wěn)定性，給后續(xù)的煤炭生產(chǎn)帶來(lái)影響，最主要的是煤體中矸石含量增加。

（2）由于斷層活化顯著，擾亂礦壓正常分布，給圍巖控制帶來(lái)不利影響。

（3）斷層作用引起的破碎帶容易引起頂板冒落，給巷道掘進(jìn)及支護(hù)工作正常開(kāi)展帶來(lái)不利影響。若2204 巷出現(xiàn)冒落，由于煤層厚度較大，冒落問(wèn)題難以處理。

（4）在巷道過(guò)斷層期間，需要根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件選擇合適的圍巖控制措施，提升巷道掘進(jìn)及支護(hù)安全系數(shù)。

3 圍巖控制技術(shù)方案

3.1 縮小巷道斷面

為了確保巷道安全、平穩(wěn)通過(guò)斷層，降低掘進(jìn)對(duì)圍巖影響，2204 巷從掘進(jìn)155 m位置（即與斷層相距5 m）開(kāi)始變更巷道斷面和支護(hù)形式。在保證巷道掘進(jìn)、運(yùn)輸以及通風(fēng)不受影響前提下，將巷高由3300 mm 降低至3000 mm，巷寬保持不變，掘進(jìn)斷面由17.16 m2縮小至15.6 m2。

3.2 巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

3.2.1 頂板強(qiáng)化支護(hù)

（1）頂板正常支護(hù)

錨桿為Ф22×2 000 mm 螺紋鋼，間排距為1000×1000 mm，每排7 根，角錨桿距相鄰錨桿600 mm，采用鋼質(zhì)托盤(pán)（130×130×10 mm），除兩側(cè)角錨桿外斜15°外，其余錨桿均垂直頂板，配套采用4300×250×3 mm 的五眼鋼帶。金屬網(wǎng)（規(guī)格5800×1 200 mm）用8#鍍鋅鉛絲編制，網(wǎng)孔50×50 mm，網(wǎng)片長(zhǎng)邊垂直于巷道掘進(jìn)方向布置。

（2）過(guò)F39 正斷層時(shí)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

采用Ф17.8×10300 mm 的鋼絞線，間排距1300×2000 mm，每排3 組，每組3 根錨索，采用鋼質(zhì)托盤(pán)（500×500×16 mm），錨索在兩鋼帶間均勻布置。采用11#礦用工字鋼加強(qiáng)支護(hù)，3 根錨索吊掛1 根工字鋼，工字鋼長(zhǎng)度4500 mm，眼距1500 mm，工字鋼布置在兩排鋼帶間，與組合錨索交錯(cuò)布置，工字鋼與組合錨索距離為1000 mm。支護(hù)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。

圖2 過(guò)F39 正斷層時(shí)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)

（3）過(guò)F40 正斷層時(shí)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

采用Ф17.8×10300 mm 的鋼絞線，間排距2000×2000 mm，每排2 組，每組3 根錨索，采用鋼質(zhì)托盤(pán)（500×500×16 mm），錨索布置在兩排鋼帶間。支護(hù)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3。

3.2.2 兩幫強(qiáng)化支護(hù)

巷幫用Ф18×2000 mm 螺紋鋼錨桿，間排距1000×1000 mm，每排2 根，上邊錨桿距頂600 mm，與水平線呈15°上斜布置，其余均與煤壁垂直。托盤(pán)采用450×280×4 mm 的W 短節(jié)鋼帶，墊片板110×110×8 mm。巷幫支護(hù)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖4。采用的護(hù)幫金屬網(wǎng)應(yīng)緊跟掘進(jìn)面鋪設(shè)，以便減小空幫距離。

圖3 過(guò)F40 正斷層時(shí)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)

圖4 巷幫支護(hù)設(shè)計(jì)示意圖

3.3 施工技術(shù)要求

（1）中線與巷幫間距離、錨桿（索）間排距偏差均應(yīng)控制在100 mm 以內(nèi)。

（2）錨桿、錨索采用錨固劑錨固時(shí)時(shí)間控制應(yīng)滿足表1 要求。

表1 錨固劑錨固時(shí)時(shí)間控制要求

（3）錨桿、錨索外露長(zhǎng)度分別10～50 mm、150～250 mm。

（4）托板必須與頂或幫緊貼，應(yīng)橫豎成排。

（5）錨桿、錨索錨固力、拉拔力以及預(yù)緊力要求見(jiàn)表2。

表2 錨桿、錨索支護(hù)時(shí)預(yù)應(yīng)力要求

（6）金屬網(wǎng)搭接長(zhǎng)度≥200 mm，連接采用14#鐵絲，鐵絲間距≤100 mm，排距≤200 mm，呈三花布置，扭結(jié)不少于3 圈。兩網(wǎng)要相互對(duì)齊，頂網(wǎng)采用鋼帶壓住搭接處。網(wǎng)片拉緊并緊貼頂幫。

（7）失效的錨桿在其旁邊200 mm 處補(bǔ)打，并達(dá)到支護(hù)質(zhì)量要求。

4 圍巖控制效果分析

在巷道掘進(jìn)過(guò)F39 斷層1 m 處及掘進(jìn)161 m 位置對(duì)圍巖變形量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖5。

從圖中可以看出，采用強(qiáng)頂板支護(hù)措施后，巷道掘進(jìn)穿過(guò)F39 斷層11 d 后圍巖變形逐漸趨于穩(wěn)定，巷幫及頂?shù)装遄畲笞冃瘟糠謩e為65 mm、85 mm；支護(hù)30 d 后，巷幫及頂?shù)装遄畲笞冃瘟糠謩e為66 mm、86 mm。掘進(jìn)期間巷道頂板未出現(xiàn)冒頂傾向，表明采取的圍巖控制措施可以提升巷道圍巖完整性，確保巷道使用安全。

圖5 巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)結(jié)果

5 總結(jié)

通過(guò)分析2204 巷圍巖特征、斷層對(duì)巷道掘進(jìn)及圍巖控制造成的影響，提出強(qiáng)頂板支護(hù)的圍巖控制方案。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，采取強(qiáng)化頂板支護(hù)方案后，巷道過(guò)斷層11 d 時(shí)巷幫及頂?shù)装遄畲笞冃瘟糠謩e為65 mm、85 mm；過(guò)斷層30 d 后，巷幫及頂?shù)装遄畲笞冃瘟糠謩e為66 mm、86 mm，圍巖控制效果達(dá)到預(yù)期。