42202 工作面皮帶巷過(guò)F215 逆斷層技術(shù)實(shí)踐

劉云鶴

（山西西山煤電股份有限公司西銘礦， 山西 太原 030052）

引言

工作面回采巷道在掘進(jìn)過(guò)程中有時(shí)必須穿越褶皺、斷層等地質(zhì)構(gòu)造帶，而地質(zhì)構(gòu)造帶附近煤巖體通常較為破碎，當(dāng)巷道穿越構(gòu)造帶影響區(qū)時(shí)極易較大變形，導(dǎo)致巷道支護(hù)困難，嚴(yán)重威脅著工作面安全正?；夭蒣1-3]。因此，如何確保工作面回采巷道順利穿越斷層破碎帶，是實(shí)現(xiàn)回采巷道快速掘進(jìn)和提高工作面生產(chǎn)效率的先決條件[4-5]。相關(guān)學(xué)者和專家對(duì)此進(jìn)行了大量研究，得到了許多有益的科研成果。韋慶亮等通過(guò)對(duì)工作面斷層破碎帶時(shí)頂板應(yīng)力分析，提出了深淺分帶剛?cè)狁詈献{的過(guò)斷層巷道圍巖控制技術(shù)[6]。高杰等基于對(duì)過(guò)斷層巷道圍巖變形機(jī)理的分析，提出了對(duì)過(guò)斷層巷道進(jìn)行初次支護(hù)和二次支護(hù)的分步聯(lián)合支護(hù)技術(shù)[7]。焦振華等模擬研究了開采擾動(dòng)下工作面過(guò)斷層時(shí)的動(dòng)態(tài)力學(xué)特征，并對(duì)工作面礦壓顯現(xiàn)和斷層損傷的互饋機(jī)制進(jìn)行了分析，確定了開采擾動(dòng)下斷層損傷滑移的主要影響因素[8]。孟麗兵基于3202 綜放工作面實(shí)際生產(chǎn)地質(zhì)條件和F12 正斷層具體參數(shù)，提出了“超前加強(qiáng)支護(hù)+縮小割煤機(jī)截深+臨時(shí)支護(hù)”的快速過(guò)斷層施工方案[9]。因此，基于上述研究成果，結(jié)合西銘礦42202 工作面皮帶巷掘進(jìn)過(guò)F215 逆斷層實(shí)際工程地質(zhì)條件，提出了“錨桿+錨索+π 梁+單體支柱”的過(guò)斷層補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，為西銘礦42202工作面皮帶巷過(guò)F215 逆斷層時(shí)巷道圍巖變形控制提供技術(shù)支持。

1 西銘礦42202 工作面概況

2 號(hào)煤層為西銘礦目前主采煤層，其42202 工作面地表位于富家窳村以東，杜兒坪礦以北，蒿地茆村西南，太佳公路以西。42202 工作面蓋山厚度290～438 m，平均厚度 364 m；地面標(biāo)高 1 390～1 541 m，工作面標(biāo)高1 095～1 107 m；工作面走向長(zhǎng)570 m，傾斜長(zhǎng)194 m，面積110 580 m2。42202 工作面井下位于西十二采區(qū)左翼，東為42014 采空區(qū)，西為西十二集中巷，北為42012 采空區(qū)，南鄰西銘礦礦界。42202 工作面布置情況如圖1 所示。

圖1 42202 工作面布置及地質(zhì)構(gòu)造圖

42202 工作面煤層厚度為1.80～2.00 m，均厚1.90 m；煤層傾角為2°～6°，平均傾角4°。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，局部節(jié)理發(fā)育，為穩(wěn)定全區(qū)可采煤層。煤層巖性如表1 所示。42202 皮帶巷為矩形斷面，尺寸為3 800 mm×2 600 mm，主要用于工作面的運(yùn)煤及回風(fēng)。皮帶巷掘進(jìn)期間需穿越F215 逆斷層，斷層產(chǎn)狀信息和位置分別如表2（見(jiàn)下頁(yè)）和圖1 所示。本文針對(duì)42202 皮帶巷過(guò)F215 逆斷層時(shí)圍巖變形情況進(jìn)行研究。

表1 煤巖巖性

表2 42202 皮帶巷揭露斷層產(chǎn)狀

2 皮帶巷原支護(hù)分析

42202 工作面皮帶巷原支護(hù)斷面如圖2 所示。皮帶巷頂板采用Φ22 mm×2 500 mm 的左旋無(wú)縱肋螺紋鋼錨桿和3 400 mm W 型五眼鋼帶進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，頂錨桿間排距為800 mm×1 000 mm；兩肩角錨桿距兩幫距離均為200 mm，與水平向呈75°角布置。皮帶巷兩幫采用Φ22 mm×2 500 mm 的左旋無(wú)縱肋螺紋鋼錨桿進(jìn)行支護(hù)，幫錨桿間排距為1 500 mm×1 100 mm，上排距頂板500 mm，下排距底板900 mm。原支護(hù)在巷道正常掘進(jìn)期間對(duì)圍巖變形控制效果良好，隨著皮帶巷掘進(jìn)至F215 逆斷層破碎帶，由于逆斷層破碎帶內(nèi)煤巖層較為破碎，采用原支護(hù)方案對(duì)逆斷層破碎帶內(nèi)皮帶巷支護(hù)效果較差，因此需對(duì)原支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化，以確保皮帶巷順利快速穿越逆斷層破碎帶。

圖2 皮帶巷原支護(hù)斷面圖（單位：mm）

3 過(guò)斷層支護(hù)優(yōu)化方案

42202 工作面皮帶巷在掘進(jìn)期間，由F215 逆斷層上盤進(jìn)入至斷層下盤，因此在較大垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力雙重作用下，皮帶巷極易出現(xiàn)底鼓[5-7]。而在皮帶巷穿越F215 逆斷層破碎帶期間，由于巷道頂板煤巖層較為破碎，皮帶巷頂板難以形成自支撐結(jié)構(gòu)，頂板遭受較大垂直應(yīng)力，導(dǎo)致皮帶巷圍巖出現(xiàn)較大變形[9]。針對(duì)上述42202 工作面皮帶巷在穿越F215逆斷層破碎帶時(shí)的變形破壞特征，本文提出“錨桿+錨索+π 梁+單體支柱”的過(guò)斷層補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案。

42202 工作面皮帶巷在穿越F215 逆斷層破碎帶期間巷道斷面仍按矩形斷面掘進(jìn)，巷道頂板錨桿仍用Φ22 mm×2 500 mm 的左旋無(wú)縱肋螺紋鋼錨桿，頂錨桿間排距為800 mm×1 000 mm，兩肩角錨桿距兩幫距離均改為300 mm，與水平向仍呈75°角布置；兩幫采用Φ22 mm×2 500 mm 的左旋無(wú)縱肋螺紋鋼錨桿進(jìn)行支護(hù)，幫錨桿間排距為1 500 mm×1 100 mm，上排距頂板500 mm，下排距底板900 mm。頂錨索采用Φ21×8 300 mm 的鋼絞繩，間排距為1 000 mm×1 600 mm；幫錨索采用Φ21 mm×8 300 mm 的鋼絞繩，間排距為1 000 mm×1 600 mm，幫錨索上排和下排距頂板和底板的距離均為800 mm。此外還利用π 型梁和單體支柱對(duì)皮帶巷頂板進(jìn)行支護(hù)，左排單體支柱距煤柱幫600 mm，右排單體支柱距工作面幫400 mm，中排單體柱距左右兩側(cè)單體支柱的距離分別為1 800 mm 和1 000 mm。過(guò)斷層補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)斷面如圖3 所示。在皮帶巷掘進(jìn)穿過(guò)F215 逆斷層破碎帶且圍巖變形穩(wěn)定后，將單體支柱和π 型梁拆除。

圖4 皮帶巷補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)斷面圖（單位：mm）

4 工業(yè)性試驗(yàn)

為了檢驗(yàn)過(guò)F215 逆斷層破碎帶期間巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)效果，在42202 工作面皮帶巷內(nèi)設(shè)置測(cè)點(diǎn)，采用“十字布點(diǎn)法”對(duì)皮帶巷掘進(jìn)過(guò)F215 逆斷層破碎帶30 d 內(nèi)的頂?shù)装搴蛢蓭拖鄬?duì)移近量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖4 所示。

圖4 補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后皮帶巷圍巖相對(duì)變形量

由圖5 可知，采用“錨桿+錨索+π 梁+單體支柱”的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案后，42202 工作面皮帶巷掘進(jìn)過(guò)F215 逆斷層破碎帶期間巷道圍巖相對(duì)變形量隨觀測(cè)時(shí)間呈現(xiàn)出先快速增長(zhǎng)后趨于穩(wěn)定的變形趨勢(shì)，具體為皮帶巷掘進(jìn)過(guò)F215 逆斷層破碎帶10 d 內(nèi)巷道頂?shù)装搴蛢蓭拖鄬?duì)移近量均快速增大，而在10 d以后巷道頂?shù)装搴蛢蓭拖鄬?duì)移近量無(wú)顯著變化，且巷道頂?shù)装搴蛢蓭拖鄬?duì)移近量最大值分別為104.45 mm 和56.20 mm，表明采用“錨桿+錨索+π 梁+單體支柱”的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案后對(duì)皮帶巷圍巖變形控制效果顯著，確保了皮帶巷掘進(jìn)和使用安全。

5 結(jié)論

1）基于對(duì)原支護(hù)下42202 工作面皮帶巷掘進(jìn)過(guò)F215 逆斷層破碎帶巷道圍巖變形原因的分析，提出了“錨桿+錨索+π 梁+單體支柱”的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案。

2）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，采用補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案后，巷道頂?shù)装搴蛢蓭拖鄬?duì)移近量最大值分別為104.45 mm 和56.20 mm，補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案后對(duì)皮帶巷圍巖變形控制效果顯著，確保了皮帶巷掘進(jìn)和使用安全。