軟巖巷道過(guò)導(dǎo)水?dāng)鄬訃鷰r控制技術(shù)研究

賀紅宙

（山西宏宇誠(chéng)鑄建設(shè)工程有限公司，山西 朔州 038300）

華北地區(qū)煤炭開(kāi)采過(guò)程中常遇斷層、 陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造，其中斷層破碎帶具有巖層強(qiáng)度低、破碎、導(dǎo)水性好等特征，且斷層破碎帶巖性、滲透性能與兩側(cè)巖層存在明顯差異[1-2]。巷道掘進(jìn)通過(guò)斷層時(shí)在構(gòu)造應(yīng)力、 導(dǎo)水以及巖層破碎等因素作用下常出現(xiàn)透水、 圍巖變形甚至支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致巷道圍巖支護(hù)體系失效、突水等事故，給礦井采掘安全帶來(lái)較大威脅[3-5]。為此，眾多學(xué)者對(duì)巷道掘進(jìn)過(guò)斷層安全、 圍巖控制技術(shù)展開(kāi)研究，黃超[6]對(duì)斷層對(duì)巷道圍巖變形破壞規(guī)律影響進(jìn)行分析，并提出使用U 型鋼對(duì)巷道進(jìn)行全斷面強(qiáng)化支護(hù)；劉廣超等[7]使用綜合探測(cè)技術(shù)確定斷層賦存參數(shù)，并提出“先注后掘、短注短掘”方式對(duì)斷層影響范圍內(nèi)圍巖進(jìn)行加固，實(shí)現(xiàn)了巷道安全掘進(jìn)以及圍巖穩(wěn)定；郝長(zhǎng)勝等[8]使用數(shù)值模擬方法分析斷層群構(gòu)造應(yīng)力對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性影響，并提出使用錨網(wǎng)索+ 鋼筋梯子梁組合方式對(duì)圍巖進(jìn)行控制。上述研究成果為巷道掘進(jìn)過(guò)斷層圍巖控制提供寶貴經(jīng)驗(yàn)借鑒。在以往研究成果基礎(chǔ)上，以馬道頭礦北三盤(pán)區(qū)皮帶大巷過(guò)DF109斷層為工程實(shí)例，對(duì)巷道過(guò)斷層破碎帶圍巖支護(hù)技術(shù)展開(kāi)探討。

1 工程概況

馬道頭礦北三盤(pán)區(qū)皮帶大巷埋深平均460 m，巷道斷面為直墻半圓拱，其中巷道拱高、墻高分別為2.62 m、2.0 m，沿著5#煤頂板掘進(jìn)，巷道整體處于軟巖地層中。巷道上覆頂板從上到下依次為泥巖、粉砂以及粗砂，底板巖層從上到下依次為5#煤層底煤、泥巖以及細(xì)砂巖。根據(jù)已有地質(zhì)資料顯示，北三盤(pán)區(qū)皮帶大巷掘進(jìn)過(guò)程會(huì)揭露DF56、DF109、DF110斷層，其中DF109斷層（H=4.0 m，227°∠71°）由于具有一定導(dǎo)水性會(huì)給巷道掘進(jìn)帶來(lái)較大威脅，具體巷道揭露斷層情況如圖1所示。

圖1 巷道揭露斷層情況

北三盤(pán)區(qū)皮帶大巷在地質(zhì)條件較好區(qū)域采取錨網(wǎng)索支護(hù)，具體支護(hù)斷面如圖2所示。根據(jù)圍巖變形監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，已掘進(jìn)段圍巖整體穩(wěn)定，未出現(xiàn)圍巖大變形或者支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等現(xiàn)象。但是當(dāng)巷道掘進(jìn)至DF109斷層帶附近時(shí)，施工的超前探測(cè)鉆孔出水量達(dá)到65 m3/h 以上，同時(shí)巷道在靠近斷層附近頂板下沉量呈增加趨勢(shì)。分析此處巷道圍巖變形量較大的主要原因是斷層水會(huì)弱化巷道頂板上覆泥巖、粉砂巖，從而迅速降低頂板巖層強(qiáng)度。因此，需要針對(duì)巷道掘進(jìn)過(guò)DF109斷層特點(diǎn)，對(duì)軟巖巷道掘進(jìn)過(guò)導(dǎo)水?dāng)鄬訃鷰r支護(hù)參數(shù)進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)。

圖2 巷道原支護(hù)斷面

2 巷道過(guò)導(dǎo)水?dāng)鄬訃鷰r控制技術(shù)

斷層水弱化北三盤(pán)區(qū)皮帶大巷圍巖強(qiáng)度是圍巖出現(xiàn)大變形主要原因，為此綜合使用深孔帷幕注漿+ 小導(dǎo)管注漿對(duì)斷層破碎帶內(nèi)導(dǎo)水裂隙進(jìn)行封堵并加固斷層帶破碎圍巖；使用錨索網(wǎng)梁+T 型鋼帶對(duì)圍巖進(jìn)行支護(hù)。

2.1 深孔帷幕注漿

DF109斷層破碎帶具有導(dǎo)水性、 強(qiáng)度低等都會(huì)給北三盤(pán)區(qū)皮帶大巷掘進(jìn)過(guò)斷層安全帶來(lái)較大威脅。為封堵DF109斷層破碎帶裂隙向巷道圍巖滲水，避免水弱化頂板泥巖、粉砂巖，經(jīng)過(guò)專(zhuān)家論證，提出使用深孔帷幕注漿技術(shù)進(jìn)行超前堵水以及加固。具體施工方案為：

當(dāng)北三盤(pán)區(qū)皮帶大巷掘進(jìn)至與DF109斷層相距10 m 時(shí)，在迎頭后方5 m 位置施工鉆場(chǎng)沿著巷道掘進(jìn)方向均勻布置8 個(gè)注漿鉆孔，鉆孔深度均為88 m，確保巷道掘進(jìn)過(guò)DF109斷層破碎帶時(shí)形成至少10 m 以上的堵水帷幕，具體斷層破碎帶內(nèi)止水鉆孔終孔以及注漿范圍如圖3所示。

圖3 深孔帷幕注漿

由于北三盤(pán)區(qū)皮帶大巷圍巖松軟，同時(shí)在斷層水作用下巖層軟化明顯，為此注水材料應(yīng)優(yōu)先用快速堵水材料，后續(xù)注漿可采用加固材料。根據(jù)注漿加固需要，鉆孔首先采用水泥—水玻璃雙液漿對(duì)斷層破碎帶內(nèi)導(dǎo)水裂隙進(jìn)行充填、 封堵導(dǎo)水裂隙，后使用封堵納米材料提升巷道圍巖強(qiáng)度及承載能力，具體選擇使用的注漿材料特點(diǎn)如表1所示。鉆孔注漿壓力設(shè)計(jì)4～5 MPa，從而使得注漿漿液有效擴(kuò)散半徑達(dá)到2.5 m 以上。

表1 注漿材料特點(diǎn)

2.2 小導(dǎo)管注漿

由于使用帷幕注漿難以對(duì)北三盤(pán)區(qū)皮帶大巷掘進(jìn)影響范圍內(nèi)斷層破碎帶內(nèi)巖體進(jìn)行完全加固，在巷道過(guò)斷層破碎帶期間可能出現(xiàn)頂板冒落問(wèn)題，從而給巷道掘進(jìn)帶來(lái)安全威脅。為此，在巷道掘進(jìn)迎頭與斷層相距1.0 m 時(shí)，在掘進(jìn)迎頭進(jìn)行小導(dǎo)管注漿，對(duì)巷道周邊淺部破碎巖體進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。使用的小導(dǎo)管規(guī)格均為Φ38 mm×3 500 mm，導(dǎo)管環(huán)向間隔300 mm，小導(dǎo)管均有10°仰角；兩排小導(dǎo)管沿著巷道掘進(jìn)方向間有1 000 mm 搭接距離。注漿材料選用封堵納米材料，注漿壓力控制在1～3 MPa。

2.3 圍巖支護(hù)方案

在破碎帶注漿加固基礎(chǔ)上，提出采用錨索網(wǎng)梁+T型鋼帶對(duì)巷道圍巖進(jìn)行支護(hù)，具體巷道支護(hù)斷面如圖4所示。錨桿間排距為800 mm×800 mm，預(yù)先施加30 kN 預(yù)緊力，錨固力控制在120 kN 以上，縱向錨桿間使用眼距800 mm、長(zhǎng)度3 000 mm T型鋼帶連接，除底板外巷道全斷面使用錨桿支護(hù)；在T 型鋼帶間使用眼距1 000 mm、 長(zhǎng)度2 600 mm錨索梁進(jìn)行連接，錨索梁上使用的高預(yù)應(yīng)力錨索按照1 000 mm×1 600 mm 間排距布置，錨索施加的預(yù)緊力控制在60～70 kN。

圖4 巷道支護(hù)斷面

3 應(yīng)用效果分析

在對(duì)DF109斷層破碎帶進(jìn)行深孔帷幕注漿以及超前小導(dǎo)管注漿后，巷道掘進(jìn)至斷面破碎帶時(shí)頂板基本不出現(xiàn)淋水。采用錨索網(wǎng)梁+T 型鋼帶對(duì)圍巖支護(hù)后，頂板以及巷幫變形量分別控制在20 mm、18 mm 以?xún)?nèi)，圍巖變形較小，不會(huì)給后續(xù)巷道使用安全帶來(lái)威脅?，F(xiàn)場(chǎng)深孔帷幕注漿+小導(dǎo)管注漿可實(shí)現(xiàn)斷層破碎帶導(dǎo)水裂隙封堵，并為巷道掘進(jìn)創(chuàng)造良好條件；使用錨索網(wǎng)梁+T 型鋼帶可滿(mǎn)足軟巖巷道過(guò)斷層破碎帶圍巖控制需要。

4 結(jié)語(yǔ)

1）北三盤(pán)區(qū)皮帶大巷掘進(jìn)至DF109斷層附近時(shí)，受到圍巖為軟巖以及斷層導(dǎo)水等因素作用，導(dǎo)致巷道拱頂變形量較大且長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法收斂。綜合分析發(fā)現(xiàn)，避免斷層水軟化頂板泥巖及砂質(zhì)泥巖、提升圍巖強(qiáng)度及穩(wěn)定性是實(shí)現(xiàn)巷道安全掘進(jìn)過(guò)斷層關(guān)鍵。

2）提出使用深孔帷幕注漿+ 小導(dǎo)管注漿相結(jié)合方式對(duì)斷層破碎帶內(nèi)導(dǎo)水裂隙進(jìn)行封堵并加固巷道圍巖，使用錨索網(wǎng)梁+T 型鋼帶對(duì)軟巖巷道圍巖進(jìn)行控制?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，巷道頂板、巷幫變形量整體較小，變形量分別控制在20 mm、18 mm 以?xún)?nèi)，實(shí)現(xiàn)了巷道圍巖有效控制。