干河煤礦三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷過(guò)斷層技術(shù)研究

劉永瑞

（山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 洪洞 041600）

1 工程概況

干河煤礦三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷掘進(jìn)工作面東北是三條開拓大巷，西南是變電所，東西兩側(cè)均是實(shí)體煤，東南側(cè)施工至2-118采空區(qū)附近。大巷設(shè)計(jì)掘進(jìn)長(zhǎng)度1700 m，工作面為1#煤。1#煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤厚0.4～1.15 m，平均0.78 m，預(yù)計(jì)坡度為2°～8°。

輔助運(yùn)輸巷掘進(jìn)工作面為直墻半圓拱形，掘?qū)挒?.0 m，掘高為 4.2 m，掘進(jìn)斷面面積18.3 m2；凈寬4.6 m，直墻凈高1.6 m，半圓拱半徑2.3 m，凈斷面面積15.66 m2。煤層基本頂為3.12 m厚的K8中粒砂巖，直接頂為4.96 m厚的砂質(zhì)泥巖，直接底為4.6 m厚的泥巖，基本底為3.63 m厚的K7中粒砂巖。大巷掘進(jìn)過(guò)程中將揭露一斷層，因斷層會(huì)對(duì)巷道圍巖的穩(wěn)定性造成一定影響，為保證大巷的順利掘進(jìn)，需制定合理的過(guò)斷層方案。

2 斷層特征及過(guò)斷層方案

2.1 斷層特征

輔助運(yùn)輸巷在現(xiàn)掘進(jìn)工作面迎頭前方有一斷層，為探究斷層的具體構(gòu)造特征，在工作面打一鉆孔，對(duì)其內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)。鉆孔深12 m，鉆孔位置在迎頭巷道右?guī)途嗟装? m位置處，與巷道走向夾角為80°。鉆孔位置與探測(cè)結(jié)果如圖1。

圖1 鉆孔探測(cè)圖

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可知：輔助運(yùn)輸巷工作面迎頭前方10 m處，存在有一落差約為15 m、傾角約為66°、破碎帶寬度約為5～7 m的正斷層[1]。由于輔助運(yùn)輸巷是由斷層上盤進(jìn)入到斷層下盤的，巷道底板先經(jīng)過(guò)斷層，而后頂板再通過(guò)斷層，所以巷道經(jīng)過(guò)斷層時(shí)易發(fā)生底板塌陷現(xiàn)象，需先對(duì)底板進(jìn)行加固。當(dāng)巷道頂板通過(guò)斷層時(shí)，易發(fā)生冒頂現(xiàn)象[2]，且由于斷層內(nèi)圍巖較破碎、強(qiáng)度較低，因此需要加強(qiáng)支護(hù)，以保證輔助運(yùn)輸巷能夠順利地通過(guò)斷層。

2.2 過(guò)斷層方案

由于斷層處圍巖較為破碎，為增加其穩(wěn)定性，需要通過(guò)注漿對(duì)其進(jìn)行加固。根據(jù)上述分析的斷層構(gòu)造特征，設(shè)計(jì)“預(yù)注漿+巷道掘進(jìn)+巷道支護(hù)+監(jiān)測(cè)監(jiān)控+補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)”的過(guò)斷層方案。

（1）預(yù)注漿。注漿可以加固破碎的圍巖，通過(guò)注漿錨桿，漿液滲透入孔裂隙中將破碎的巖塊凝結(jié)成為一個(gè)完整的圍巖體[3]，提高圍巖體的整體性和穩(wěn)定性。

（2）巷道掘進(jìn)。由于斷層帶圍巖較破碎、完整性較差，因此可采用綜掘法開挖巷道。

（3）巷道支護(hù)。為保證更好的支護(hù)效果，采用“噴砼+錨桿（索）+金屬網(wǎng)+鋼絲繩”的方式對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)。

（4）監(jiān)測(cè)監(jiān)控。在施工過(guò)程中，要對(duì)巷道圍巖的變形以及礦壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌控巷道圍巖的穩(wěn)定性特征，保證巷道的安全穩(wěn)定。

（5）補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。通過(guò)施工過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)情況，以及巷道圍巖監(jiān)測(cè)結(jié)果，在支護(hù)強(qiáng)度弱的位置需要補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，以保證巷道圍巖的穩(wěn)定性。

3 施工工藝及效果分析

3.1 施工工藝

由于遠(yuǎn)離斷層帶位置巷道圍巖完整性較好、強(qiáng)度較高，但斷層區(qū)域內(nèi)圍巖較破碎、強(qiáng)度低，因此在設(shè)計(jì)施工工藝時(shí)應(yīng)對(duì)二者進(jìn)行區(qū)別?？煞譃榫嚯x斷層帶5 m之外區(qū)域和距離斷層內(nèi)5 m之內(nèi)區(qū)域，二者施工工藝的區(qū)別主要體現(xiàn)在巷道掘進(jìn)方式及支護(hù)設(shè)計(jì)方面。巷道施工工藝如圖2。

圖2 施工工藝圖

（1）預(yù)注漿

預(yù)注漿是指在巷道掘進(jìn)之前對(duì)圍巖體進(jìn)行注漿，不僅可以填充圍巖中的孔隙和裂隙，使破碎的圍巖體凝結(jié)成為一個(gè)整體，而且還能起到封堵地下水的作用[4]。預(yù)注漿范圍為斷層帶前后5 m范圍內(nèi)，注漿錨桿長(zhǎng)度2 m，直徑20 mm，打設(shè)在巷道一周，與水平方向夾角分別為15°和45°交叉循環(huán)布置，間距400 mm，排距1.4 m，所注漿液為水灰比為0.5的水泥漿液。

（2）掘巷

由于斷層圍巖較破碎、整體性差，可使用綜掘機(jī)掘進(jìn)巷道。

（3）噴砼

采用強(qiáng)度 C25的混凝土，分3次噴砼，初噴70 mm，二噴60 mm，三噴70 mm，三次共200 mm。在巷道開挖后進(jìn)行初次噴砼，錨桿及鋼筋網(wǎng)支護(hù)后二次噴砼，二循環(huán)支護(hù)后進(jìn)行第三層噴砼。

（4）錨桿（索）支護(hù)

錨桿（索）支護(hù)分為兩個(gè)循環(huán)。第一循環(huán)采用直徑22 mm、長(zhǎng)度2.6 m的錨桿，間距1600 mm。第二循環(huán)采用直徑為20 mm、長(zhǎng)度為2.2 m的錨桿，間距1600 mm，交叉布置在一循環(huán)錨桿間。錨桿排距800 mm，錨桿之間用直徑為6 mm的鋼絲繩連接，鋼絲繩連接錨桿并將鋼筋網(wǎng)固定在圍巖上。

錨索采用直徑17.8 mm、長(zhǎng)度7.4 m的鋼索，錨索間距取2.4 m，排距取1.6 m，每個(gè)斷面布置兩根。輔助運(yùn)輸巷的支護(hù)方案如圖3。

圖3 支護(hù)方案圖

（5）金屬網(wǎng)

金屬網(wǎng)使用的鋼筋是直徑為6.5 mm的圓鋼，網(wǎng)格尺寸100 mm×100 mm，焊接尺寸900 mm×900 mm。

（6）注漿

每個(gè)斷面布置五個(gè)注漿孔，位置分別為：頂板中心、肩部?jī)蓚?cè)和巷幫兩側(cè)。頂部注漿錨桿位于頂板中心，并與頂板垂直；肩部注漿錨桿在距離底板3 m位置處，與底板夾角為50°；幫部注漿錨桿在距離底板1.5 m處，并與巷幫垂直。注漿孔深設(shè)計(jì)為3 m，其中注漿段2.5 m，封孔段0.5 m。注漿管徑為2.5 cm，孔排距為3 m，水灰比為0.5，注漿壓力為3 MPa。

（7）卸壓槽

為減小圍巖應(yīng)力，在巷道中布置3個(gè)卸壓槽[5]，其中兩幫各一個(gè)，底板中間一個(gè)。卸壓槽深度0.6 m，寬1 m，其中巷幫的卸壓槽在直墻內(nèi)寬0.7 m，直墻外延伸寬0.3 m。

（8）監(jiān)測(cè)監(jiān)控

為監(jiān)測(cè)圍巖變形情況，在輔運(yùn)巷穿越斷層處及距離斷層10 m處各安置1個(gè)測(cè)站，每個(gè)斷面分別在巷道兩幫、頂?shù)装逦恢霉苍O(shè)置4個(gè)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)，安裝數(shù)顯收斂計(jì)對(duì)圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（9）補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

在圍巖變形較大的地方，可適當(dāng)增加錨桿（索）支護(hù)及注漿加固。

3.2 效果分析

為驗(yàn)證過(guò)斷層方案的合理性，掌握巷道圍巖的變形情況，利用上述安裝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，每天對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行記錄。結(jié)果顯示，在穿越斷層位置處巷道圍巖變形最為明顯。監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖4。

圖4 監(jiān)測(cè)結(jié)果圖

由監(jiān)測(cè)結(jié)果可知：

（1）隨著大巷的掘進(jìn)，圍巖變形量先快速增長(zhǎng)，后增長(zhǎng)速度逐漸減小，最后在10 d左右趨于平緩。

（2）頂?shù)装遄冃瘟枯^大，巷幫變形較小，說(shuō)明圍巖變形主要以頂?shù)装遄冃螢橹?，頂板下沉量小?00 mm，底鼓量最大但小于150 mm，說(shuō)明支護(hù)方案實(shí)施效果較好，穩(wěn)定性滿足要求。

4 結(jié)論

針對(duì)斷層構(gòu)造特征，提出干河煤礦三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷過(guò)斷層方案，確定合理的過(guò)斷層施工工藝，圍巖表面變形。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，斷層位置處圍巖表面均未產(chǎn)生過(guò)大變形量，圍巖穩(wěn)定性得到了有效保障。