2-208 回風巷斷層區(qū)域錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護技術應用

高 誠

（霍州煤電集團辛置煤礦，山西 霍州 031400）

斷層是地下巖層受力出現(xiàn)斷裂，并沿斷裂結(jié)構(gòu)面發(fā)生顯著位移產(chǎn)生的地質(zhì)構(gòu)造，斷層構(gòu)造導致完整、連續(xù)的巖層出現(xiàn)斷裂，并由此加劇了巖層的風化和破碎。因此，斷層構(gòu)造附近圍巖應力環(huán)境復雜、巖層完整性和承載能力較差，掘進巷道必會遇見斷層構(gòu)造。由于煤層埋深的影響，加上本身強度較低，在遇見斷層構(gòu)造時，其揭露的圍巖整體性較差，圍巖維護極為困難，極易出現(xiàn)片幫、冒頂?shù)仁鹿蔥1-2]。在煤礦巷道支護領域，目前主要采用錨桿支護、注漿支護和型鋼架棚支護等技術手段。在揭露斷層區(qū)域，巷道圍巖完整性較差、應力環(huán)境復雜，單一支護不足以實現(xiàn)巷道的穩(wěn)定控制[3-5]。以辛置煤礦2-208 回風巷揭露多條斷層為工程背景，提出采用錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護技術實現(xiàn)回風巷的快速掘進和穩(wěn)定控制。

1 工程概況

2-208 工作面位于二疊系山西組2#煤層，2-208工作面回風巷服務于2-208 工作面，用于回風、輔助運輸。地質(zhì)資料顯示，工作面開采區(qū)域煤層平均厚度4.1 m，平均傾角4°，含2 層夾矸，結(jié)構(gòu)復雜。其直接頂為0～7.5 m（平均3.8 m）厚的灰黑色砂泥巖，基本頂為6～8.2 m（平均7.2 m）厚的灰白色K8 中細砂巖，基本底為4.0～7.8 m（平均5.9 m）厚的灰白色中砂巖?；仫L巷設計斷面采用矩形斷面，巷道掘進寬度4.1 m，掘進高度3.9 m，設計掘進長度576 m。根據(jù)鉆孔探測結(jié)果，巷道掘進過程中將陸續(xù)揭露F1167、F1166、F1164、F1005 等多條斷層，其中，F(xiàn)1167 和F1166 斷層落差為5 m，嚴重威脅到巷道圍巖的穩(wěn)定控制。巷道揭露斷層情況見表1。

表1 回風巷揭露斷層情況

2 斷層區(qū)域圍巖控制思路和原則

2-208 工作面回風巷掘進揭露多條斷層，其圍巖應力環(huán)境復雜，完整性較差，采掘擾動后易出現(xiàn)嚴重變形現(xiàn)象，因此，在斷層影響區(qū)域需采用特殊的支護技術。

（1）斷層區(qū)域圍巖強化加固思路。受斷層影響，巷道圍巖完整性較差，承載能力較低。為此，可采用破碎圍巖注漿強化的方式，利用注漿材料的粘結(jié)性，促使破碎圍巖形成完整結(jié)構(gòu)，從而提高圍巖承載能力。

（2）三高錨桿主動支護原則。大量工程案例表明，錨桿支護具備施工速度快、圍巖控制效果好、成本低的優(yōu)點，采用具備高強度、高剛度桿體制作的錨桿及其組件，通過施加一定的預緊力，在圍巖內(nèi)部形成主動承載結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮圍巖的自身承載能力。

（3）支護參數(shù)合理匹配原則。斷層影響區(qū)域采用多種支護方聯(lián)合實現(xiàn)對巷道圍巖的穩(wěn)定控制，根據(jù)圍巖自身特點，采用相互匹配的支護參數(shù)，促使支護結(jié)構(gòu)和圍巖形成統(tǒng)一承載體，從而實現(xiàn)巷道圍巖的穩(wěn)定控制。

3 斷層區(qū)域錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護技術

基于2-208 工作面回風巷生產(chǎn)地質(zhì)條件，結(jié)合斷層區(qū)域圍巖控制思路和原則，提出斷層區(qū)域錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護方案。巷道為矩形斷面，掘?qū)?.1 m，掘高3.9 m。巷道支護斷面如圖1，具體技術和參數(shù)如下：

（1）斷層區(qū)域圍巖強化支護。采用水灰比1:1.5的硅酸鹽水泥進行圍巖注漿強化，利用水泥漿液的粘結(jié)性，促使破碎圍巖形成完整結(jié)構(gòu)，從而提高圍巖承載能力。頂板注漿孔長度設計4.0 m，幫部注漿孔長度設計3.0 m，注漿孔直徑設計42 mm，注漿管設計采用PVC 管，頂板注漿管長度設計3.0 m，幫部注漿管長度設計2.5 m，注漿管管徑設計25 mm，間排距1.4 m×1.6 m。具體參數(shù)見圖1。

圖1 巷道支護斷面圖

（2）三高錨桿主動支護參數(shù)。采用規(guī)格為Ф22 mm×L2.4 m 的左旋高強錨桿，配套規(guī)格為120 mm×120 mm×12 mm 的蝶形托盤，錨桿間排距設計為0.8 m×0.8m。錨桿采用直徑12 mm 的圓鋼焊接而成的鋼筋梯子梁成排連接，每根錨桿均配套1支K2335 和1 支Z2360 樹脂錨固劑，實現(xiàn)錨桿端部加長錨固，保證錨桿錨固力不低于100 kN，設計錨桿預緊扭矩不低于300 N·m。三高錨桿主動支護在圍巖內(nèi)部形成主動承載結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮圍巖的自身承載能力。頂板采用規(guī)格Ф21.8 mm×L7.3 m 的錨索進行加強支護，配套規(guī)格300 mm×300 mm×16 mm 的蝶形托盤和專用的高強度鎖具，錨索間排距設計為1.4 m×1.6 m。錨索采用直徑12 mm 的圓鋼焊接而成的雙筋鋼筋梯子梁成排連接，每根錨索均配套1支K2335 和2 支Z2360 樹脂錨固劑，張拉預緊力不低于40 MPa。頂板和幫部均采用10#鐵絲編制的菱形金屬增加支護結(jié)構(gòu)的護表面積，頂網(wǎng)規(guī)格為4.1 m×1.0 m，幫網(wǎng)規(guī)格3.8 m×1.0 m。采用相互匹配的支護參數(shù)（錨網(wǎng)索注參數(shù)），促使支護結(jié)構(gòu)和圍巖形成統(tǒng)一承載體，可實現(xiàn)巷道圍巖穩(wěn)定控制。

4 圍巖控制效果

將設計的斷層區(qū)域錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護方案應用于2-208 回風巷揭露斷層區(qū)域（F1167、F1166、F1164、F1005 斷層區(qū)域）及兩側(cè)各20 m，應用后及時測量巷道變形情況以便優(yōu)化支護參數(shù)。圖2 給出了巷道掘進120 d（4 個月）的巷道圍巖表面變形量。由圖可知，巷道圍巖變形主要發(fā)生在巷道掘出80 d 內(nèi)，80 d 后巷道圍巖變形量趨于平穩(wěn)。巷道掘出80 d 內(nèi)，巷道頂?shù)装鍘r層平均移近速度為2.01 mm/d，巷道兩幫圍巖平均移近速度為1.59 mm/d。此時，巷道頂?shù)装鍘r層移近量為161 mm，巷道兩幫圍巖移近量為127 mm。掘進穩(wěn)定后，巷道變形量有所增加，但增加幅度較小。巷道頂?shù)装鍘r層最大移近量為163 mm，巷道兩幫圍巖最大移近量為137 mm。整體看巷道頂?shù)讎鷰r變形略大于兩幫圍巖，其兩幫變形滯后于頂?shù)装遄冃巍?/p>

圖2 巷道變形情況

綜上所述，巷道變形后的尺寸仍可滿足2-208工作面開采需求，說明了斷層區(qū)域錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護方案合理、可靠。

5 結(jié)論

以2-208 回風巷揭露多條斷層為工程背景，提出了斷層區(qū)域圍巖控制思路和原則，包括斷層區(qū)域圍巖強化加固思路、三高錨桿主動支護原則以及支護參數(shù)合理匹配原則?；诖?，提出采用錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護技術用于實現(xiàn)回風巷斷層區(qū)域的穩(wěn)定控制。技術應用后，巷道頂?shù)装鍘r層最大移近量為163 mm，巷道兩幫圍巖最大移近量為137 mm，實現(xiàn)了試驗巷道的穩(wěn)定控制，證明了斷層區(qū)域錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護技術的合理性和可靠性。