2061 巷過斷層破碎帶的支護(hù)優(yōu)化

王龍華

（山西焦煤霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦，山西 呂梁 033102)

本文以店坪煤礦2061 巷為例，根據(jù)圍巖松動(dòng)圈理論，對(duì)巷道過斷層期間提出了優(yōu)化支護(hù)方法[1-5]，采用“注漿+加長(zhǎng)錨桿（索）”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和可靠性的兼顧。

1 概述

山西焦煤霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦2061 巷位于二采區(qū)東翼，巷道東部為井田邊界，南部為保護(hù)煤柱，西部為二采區(qū)大巷，北部為204 采空區(qū)。2061 巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1724 m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.4 m×2.9 m，巷道掘進(jìn)煤層為9#層。2061 巷從開口到1190 m 煤厚從2.6 m 逐漸變厚為3.3 m，從1190 m 到1690 m 煤厚從3.3 m逐漸變薄為2.8 m，從1690 m 到切巷煤層逐漸變厚至2.9 m。9#煤層頂?shù)装鍘r性見表1。

表1 9#煤層頂?shù)装鍘r性情況表

2061 巷初步支護(hù)設(shè)計(jì)中頂板采用錨桿（索）、金屬網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)，頂板每排布置6 根錨桿，錨桿間距為0.8 m，排距為1.0 m，錨桿外露端安裝一根M 型鋼帶，鋼帶長(zhǎng)度為4.2 m，寬度為0.15 m；頂板每排布置3 根單錨索，錨索間距為1.5 m，排距為3.0 m；金屬網(wǎng)采用8#鉛絲編制的菱形網(wǎng)格金屬網(wǎng)，規(guī)格為長(zhǎng)×寬=5.0 m×1.5 m。

2061 巷采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝掘進(jìn)，截至目前巷道已掘進(jìn)580 m。根據(jù)地質(zhì)資料，巷道掘進(jìn)至597 m 處將揭露F5 正斷層，該斷層落差為2.5 m，傾角為52°，斷層對(duì)巷道掘進(jìn)影響長(zhǎng)度為40 m（應(yīng)力區(qū)）。巷道掘進(jìn)至575 m 處時(shí)進(jìn)入斷層應(yīng)力區(qū)，巷道在斷層應(yīng)力區(qū)頂板破碎嚴(yán)重，原設(shè)計(jì)的巷道頂板支護(hù)出現(xiàn)失效現(xiàn)象，無法對(duì)應(yīng)力區(qū)破碎頂板起到有效的控制作用。

2 斷層破碎區(qū)支護(hù)優(yōu)化

根據(jù)錨桿（索）支護(hù)理論以及圍巖松動(dòng)圈理論，對(duì)應(yīng)力區(qū)巷道圍巖進(jìn)行深部圍巖注漿加固，配合錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可靠的圍巖控制效果。

2.1 注漿加固

（1）注漿加固技術(shù)原理。通過對(duì)應(yīng)力區(qū)深部圍巖施工注漿孔，并進(jìn)行高壓注漿，使得注漿材料高壓滲透至裂隙巖內(nèi)，對(duì)裂隙發(fā)育巖體進(jìn)行填充粘接，進(jìn)行重組，從而降低裂隙擴(kuò)張破壞以及控制圍巖松動(dòng)圈范圍擴(kuò)大，提高整體圍巖力學(xué)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

（2）注漿設(shè)備與材料。采用FBY50/70 型雙液注漿泵進(jìn)行注漿施工，管路使用高強(qiáng)鍍鋅鋼質(zhì)注漿管。粘結(jié)材料為普通硅酸鹽水泥和水玻璃混合液，水灰比為1:1.2，漿液注速依據(jù)管路的具體情況而定。

（3）注漿鉆孔布置。2061 巷掘進(jìn)至580 m 處時(shí)，對(duì)頂板施工注漿鉆孔，每排布置三個(gè)注漿鉆孔，鉆孔深度為5.0 m，直徑為45 mm，鉆孔間距為1.5 m，所有鉆孔與頂板仰角為50°，兩幫鉆孔與巷幫夾角為60°，注漿鉆孔排距為5.5 m。注漿完成后，要保證裂隙破碎帶注漿加固成為一個(gè)整體。

（4）注漿漿液凝結(jié)后，使用Ф22 mm×15000 mm 錨索進(jìn)行深層巖體的錨固，錨索的預(yù)應(yīng)力不低于400 kN。

2.2 “大錨桿（索）+鋼筋網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)

2.2.1 施工順序

在巷道截割完成后，首先利用錨桿鉆機(jī)施工頂錨桿（索），配合鋼筋網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，形成巷道初期的永久支護(hù)。再施工預(yù)應(yīng)力錨索，將表層松動(dòng)圈錨固到圍巖深部，形成組合梁與組合拱，利用圍巖的自身承載力保持巷道的圍巖穩(wěn)定性。最后對(duì)巷道進(jìn)行噴漿施工，使組合梁組合拱與表層圍巖形成一個(gè)強(qiáng)有力的支護(hù)整體。

2.2.2 支護(hù)參數(shù)

（1）頂板鋼筋網(wǎng)。頂板鋪設(shè)的鋼筋網(wǎng)規(guī)格為長(zhǎng)×寬=4.5 m×1.2 m，鋼筋網(wǎng)采用直徑為5 mm 圓鋼編制而成，網(wǎng)格規(guī)格為長(zhǎng)×寬=80 mm×80 mm。相鄰兩片金屬網(wǎng)搭接寬度為0.2 m，采用8#鉛絲五花連接。

（2）頂板錨桿。頂板大錨桿采用長(zhǎng)3.5 m、直徑25 mm 的MSGLW-500 25/3500 加長(zhǎng)無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿抗拉強(qiáng)度為500 MPa，延展率為15%，每排布置5 根，錨桿間距×排距=1.0 m×1.1 m；錨桿外露端安裝一根長(zhǎng)度為4.2 m五眼“JW”型鋼帶。

（3）頂板錨索。頂板錨索采用長(zhǎng)度為8.3 m、直徑為21.8 mm 的SKP22×1/21.8·8300 型高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，錨索抗拉強(qiáng)度為860 MPa，延展率大于7%，每排布置2 根，錨索間距為2.5 m，排距為3.3 m；同一排錨索外露端安裝一根長(zhǎng)度為3.0 m、寬度為0.18 m 槽鋼并采用高強(qiáng)度鎖具預(yù)緊?！白{+大錨桿（索）”聯(lián)合支護(hù)斷面、平面示意圖如圖1。

圖1 “注漿+大錨桿（索）”聯(lián)合支護(hù)斷面、平面示意圖

3 巷道圍巖控制效果分析

在2061 巷過F5 斷層應(yīng)力影響區(qū)每隔10 m 安裝一臺(tái)頂板離層觀測(cè)儀、一臺(tái)巷道位移傳感器，進(jìn)行30 d 現(xiàn)場(chǎng)觀察分析。優(yōu)化前后巷道兩幫及頂板變形量對(duì)比曲線圖如圖2。

分析圖2 可以看出：采取優(yōu)化支護(hù)方案后，0～19 d，受圍巖塑性變形影響，巷道變形量成直線上升，19 d 后，支護(hù)體逐漸發(fā)揮了耦合支護(hù)作用，控制了圍巖變形。巷道采用傳統(tǒng)錨桿（索）支護(hù)時(shí)，頂板最大下沉量為0.33 m，兩幫最大移進(jìn)量為0.47 m；而采用“注漿+大錨桿（索）”聯(lián)合支護(hù)后，在應(yīng)力區(qū)頂板最大下沉量為0.11 m，比優(yōu)化前降低了66.7%，兩幫最大移進(jìn)量為0.17 m，比優(yōu)化前降低了63.8%。支護(hù)優(yōu)化后，大大降低巷道圍巖變形程度，提高了巷道圍巖的穩(wěn)定性，支護(hù)效率比原傳統(tǒng)方法提高了17.6%，材料人工成本減小了29.7%，實(shí)現(xiàn)了降本增效的發(fā)展理念。

圖2 優(yōu)化前后巷道兩幫及頂板變形量對(duì)比曲線圖

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)2601 巷掘進(jìn)過斷層破碎帶期間原巷道支護(hù)復(fù)雜、支護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度大、支護(hù)效果差等技術(shù)難題，提出了以高強(qiáng)度大錨桿（索）聯(lián)合支護(hù)為核心，輔以巷道圍巖深孔注漿加固技術(shù)，有效控制了應(yīng)力區(qū)圍巖變形、破碎、冒落等現(xiàn)象，提升了應(yīng)力區(qū)頂板支護(hù)安全性能，成功實(shí)現(xiàn)了安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)可靠的圍巖控制效果。