掘進工作面安全高效過斷層技術實踐

李普光

（潞安集團漳村煤礦，山西 長治 046000）

斷層是煤礦掘進、 回采過程中常見的一種地質構造[1]。在斷層影響下，煤巖層出現(xiàn)錯位、層位異常等不連續(xù)情況，給巷道掘進及工作面回采造成困難，尤其在巷道掘進期間，斷層及其附近往往因圍巖破碎導致圍巖控制困難，需采取針對性支護方式。目前，巷道過斷層圍巖控制技術歸結起來主要有以下幾種圍巖控制措施：注漿加固、錨索網(wǎng)聯(lián)合支護、架棚支護等[2-3]。本文以常村煤礦11201 上順槽掘進過斷層為工程背景，探討掘進工作面過斷層期間的安全、高效施工技術。

1 工程概況

常村煤礦11201 上順槽位于11 采區(qū)中部，巷道平均埋深535 m，巷道北側為11181 未采工作面，南側為11201 工作面待采區(qū)。11201 上順槽主要用于11201 工作面回采期間的回風、 行人、運料，設計長度842 m，斷面形狀為矩形斷面，斷面規(guī)格為寬×高=5.5 m×4 m，煤層均厚3.2 m，采用EBZ200M-2 掘進機掘進。巷道開口掘進至337 m處揭露F23正斷層，斷層落差2.1 m，斷層及其附近頂板裂隙發(fā)育，圍巖破碎。11201 上順槽及F23斷層如圖1所示，巷道頂、底板巖性如表1所示。

圖1 11201 上順槽巷道布置及斷層

表1 巷道頂?shù)装鍘r性參數(shù)

2 過斷層方案

F23斷層為一落差2.1 m 的正斷層，11201 上順槽掘進迎頭位于斷層上盤，由斷層上盤破頂過斷層，制定過斷層方案如圖2所示，在揭露斷層前5 m 處開始調整施工坡度為+9°，巷道開始破頂起坡，按+9°掘進13 m 將進入斷層下盤，且過斷層后巷頂剛好沿斷層下盤煤層頂板掘進，避免托頂煤施工，其最大破巖量1.7 m （同設計基本一致），減少過斷層破巖工程量。過斷層期間，因存在破頂、割底，掘進機可采用小直徑截割頭，同時采用耐磨截齒，遇巖石硬度系數(shù)較高或大塊矸石時，可采用松動爆破輔助破巖，減少掘進機磨損及工作負荷，提高過斷層工效，以實現(xiàn)安全高效過斷層。

圖2 過F23 斷層方案

3 支護技術

過斷層期間，因斷層及其附近圍巖裂隙發(fā)育，圍巖較為破碎，需采取補強支護措施。擬采用支護強度較高的錨網(wǎng)支護+ 錨索加固的聯(lián)合支護方式，過完斷層后，對過斷層段巷道及附加圍巖破碎巷道采取注漿加固。

3.1 錨網(wǎng)支護

錨桿采用BHRB-335/Φ22 mm×2 400 mm高強左旋螺紋鋼錨桿，配合鋼筋網(wǎng)、W 鋼帶支護，頂部錨桿間排距800 mm×800 mm，幫部錨桿間排距700 mm×800 mm，由于矩形斷面肩窩處圍巖控制困難，對肩窩處加強支護，頂部肩窩錨桿間距700 mm，肩窩錨桿距幫不大于100 mm，幫部肩窩錨桿往下400 mm 處布置一根錨桿，錨桿采用一支CK2350 快速錨固劑和一支ZK2350 中速錨固劑，快速錨固劑在里端，錨固力不得低于100 kN，錨桿螺母預緊力不得低于300 N·m，鋼筋網(wǎng)采用Φ6 mm×2 000 mm×1 000 mm 鋼筋網(wǎng)，煤體部分里層增加硬質塑料網(wǎng)，網(wǎng)搭接長度不得小于100 mm，每200 mm 采用雙股鐵絲三花布置聯(lián)網(wǎng)，聯(lián)網(wǎng)間距不大200 mm。

3.2 錨索加固

錨索采用Φ18.9 mm 預應力鋼絞線，頂部錨索長度為8.2 m，幫部錨索長度4.2 m，采用厚度16 mm、Φ300 mm 的剛性蝶形圓托盤配合鎖具、W鋼帶張拉錨索，錨索初始張拉力不低于30 MPa，錨固力不低于150 kN。頂部每排錨桿間布置4 根錨索，錨索間距1.6 m，排距0.8 m。幫部煤體部分按煤厚布置錨索，煤厚小于1 m 區(qū)域布置1 根錨索，煤厚1～2 m 區(qū)域布置2 根錨索，煤厚大于2 m 區(qū)域布置3 根錨索，錨索間距不大于1.6 m。錨索滯后迎頭不大于5 m，便于與迎頭錨網(wǎng)支護平行作業(yè)，提高施工效率。

3.3 注漿加固

為有效控制斷層及其附近破碎圍巖，采取注漿加固技術將破碎圍巖充分膠結，增強圍巖整體穩(wěn)定性[4]。注漿方式為：注漿管采用長短結合方式，長度分別為2 m、1.5 m，頂部均勻布置3 根注漿管，巷中一根長度為2 m，兩側各一根長度為1.5 m，注漿管間距為1.6 m，排距1.6 m，巷幫距頂0.5 m處各布置1 根注漿管，注漿管長度為1.5 m。注漿漿液為水泥漿，注漿壓力控制在2～4 MPa，注漿以漿液充分滲透直至巷道表面見漿為止。過斷層支護設計如圖3所示。

圖3 過斷層錨網(wǎng)索支護斷面

4 效果分析

11201 上順槽過F23斷層方案，現(xiàn)場實際情況基本和設計一致，驗證了該方案的可行性。對巷道圍巖變形情況進行為期30 天觀測，巷道基本無變形。為觀測過斷層段巷道在后期回采期間的變形情況，以確定過斷層支護方案的可靠性，從過斷層段巷道以外20 m 開始，每隔15 m 建立一組觀測站（1 號、4 號測站位于斷層以外，2 號、3 號位于斷層段），觀測站布置一組頂板離層儀、錨桿索受力計，以及十字布點法測量巷道頂板下沉量?；夭善陂g持續(xù)觀測參數(shù)變化情況如表2所示，測站最大變形數(shù)值，頂板移近量最大的測站為位于斷層中部的2 號、3 號測站，最大移近量為235 mm，位于斷層以外的1 號、4 號測站頂板最大移近量為146 mm，最小移近量為85 mm。測站頂板最大移近量在巷道變形可控范圍內，該段巷道在回采期間未發(fā)生較大變形，滿足工作面安全回采要求。

表2 各測站最大變形數(shù)值統(tǒng)計

5 結語

常村煤礦11201 上順槽過F23斷層掘進施工方案與支護實踐表明，巷道順利通過了斷層；擬定采用錨網(wǎng)索主動支護+ 注漿加固方案，有效控制斷層及其附近的破碎圍巖，提高圍巖穩(wěn)定性。該支護方案段巷道在工作面回采時巷道頂板移近量最大值235 mm，巷道滿足使用要求，實現(xiàn)了工作面安全回采。