回采巷道掘進過斷層圍巖支護技術研究

賀 健

（山西汾西礦業(yè)（集團）有限責任公司雙柳煤礦，山西 柳林 033300）

引言

巷道掘進時遇到巖性較差區(qū)域時容出現(xiàn)頂板冒落、變形量過大以及突水等安全事故，針對此類地質條件采取針對性圍巖控制措施對提高巷道掘進安全具有重要意義[1-2]。現(xiàn)階段礦井普遍采用錨網(wǎng)索方式支護巷道圍巖，當錨桿、錨索錨固端巖層穩(wěn)定性較差時，難以有效控制圍巖變形[3-5]。斷層是巷道掘進過程中常見地質構造，在斷層影響區(qū)域內巖層破碎，從而給巷道正常掘進帶來影響[6]。山西某礦3505 運輸巷在掘進過程中揭露DF15 斷層，在斷層影響帶附近受圍巖破碎、巖體自身承載能力不足等因素影響，巷道圍巖控制困難，為此在過斷層期間提出采用“注漿+預應力錨桿+U 型架棚”方式控制圍巖變形，現(xiàn)場取得較好圍巖控制效果。

1 工程概況

3505 運輸巷位于3 采區(qū)北側，沿著3#煤層頂板掘進，煤層厚度平均3.8m，傾角3°，埋深平均580 m。受到區(qū)域地質構造影響，3#煤層頂板巖層破碎、裂隙發(fā)育，為此運輸巷斷面設計為直墻半圓拱型，斷面積為20.9 m2。依據(jù)已有地質資料，3505 運輸巷掘進過程中會揭露DF15 斷層（H=0 m～36 m，129°∠63°），斷層破碎帶寬度約30m。在DF15 斷層影響區(qū)范圍內3#煤層影響傾角有所增加。頂板巖層巖性為厚度4.8 m 砂質泥巖、底板為厚度6.5 m 鋁質泥巖。

2 巷道掘進過斷層支護方案

依據(jù)掘進巷道地質條件、DF15 斷層賦存情況，在巷道掘進過斷層期間提出采用“注漿+預應力錨桿+U 型架棚”方式控制圍巖變形，為巷道后續(xù)使用創(chuàng)造良好條件。

由于斷層破碎帶內巖體裂隙發(fā)育，往往是優(yōu)良的導水通道，因此在注漿加固前在掘進迎頭位置先施工混凝土擋水墻，確保注漿安全。

施工的擋水墻厚度為2.0 m，采用C30 混凝土砌筑，通過分層澆筑、振搗提高墻體穩(wěn)定性，單次澆筑的混凝土層厚度為400 mm。

2.1 注漿加固方案

在DF15 斷層破碎帶附近掘進時，圍巖破碎，可能出現(xiàn)大范圍頂板冒落、涌水以及圍巖變形加劇等問題。為此，采用注漿方式加固斷層破碎帶，以便封堵導水裂隙、提高破碎圍巖自身承載能力以及穩(wěn)定性。注漿鉆孔布置在巷道頂部，沿著中軸線對稱布置，注漿加固范圍為斷層破碎帶前后15 m，即與斷層破碎帶相距15 m 時即開始注漿、掘進過斷層破碎帶15 m 后停止注漿，注漿加固長度共計60 m。布置的注漿孔孔徑為85 mm。在注漿孔空口安裝外徑130 mm、內徑108 mm 孔口管。具體過斷層期間注漿孔布置，如第161 頁圖1 所示。

圖1 注漿孔布置示意圖

注漿漿液選擇水泥單液漿，選用水泥型號為礦渣硅酸鹽水泥，根據(jù)現(xiàn)場注漿需要按照2∶1、1∶1以及0.75∶1 水灰質量比進行配制。鉆孔注漿壓力選擇為3 MPa～5 MPa，根據(jù)現(xiàn)場條件以及經驗公式計算得到鉆孔注漿量為1 950 m3。

2.2 錨桿索支護設計

通過注漿后可提高斷層破碎帶巖層穩(wěn)定性，采用錨桿索可進一步提高圍巖承載能力，滿足圍巖控制需要。支護采用的錨桿均為螺紋鋼錨桿，規(guī)格為Φ22 mm×2 200 mm，間排距均設計為700 mm；采用的錨索規(guī)格為Φ21.6 mm×7 500 mm，間排距為1 600 mm×1 800 mm。錨桿、錨索施工完成后均施加一定的預緊力，提高圍巖控制能力。

2.3 U 型架棚支護

巷道在掘進過斷層破碎帶期間采用短掘短支方式，通過降低一次破巖距離來達到降低圍巖變形量目的。在3505 運輸巷掘進過運輸巷期間使用U29鋼支架支護圍巖，待掘進形成毛斷面后，首先進行初噴（噴射厚度50 mm、材料為C20 混凝土），隨后使用U29 支架（規(guī)格5 500 mm×4 700 mm）。架棚支護時頂梁兩端與棚腿彎曲部間留設450 mmd 搭接寬度。在搭設頂梁時，使用木板、管架、鋼管等搭設施工平臺。

3 圍巖控制效果分析

在3505 運輸巷掘進過DF15 斷層期間，采用注漿、錨網(wǎng)索、架棚等方式對斷層破碎帶圍巖進行支護。在斷層破碎帶內布置測點對支護后的圍巖變形量進行監(jiān)測，具體監(jiān)測結果，如圖2 所示。

圖2 圍巖變形量監(jiān)測結果

從監(jiān)測結果看出，在監(jiān)測期間圍巖前10 d 變化較大，其中頂板變形速度最大為2.5 mm/d、下沉量最大為34 mm；巷幫變形速度最大為4.8 mm/d，變形量最大值為47 mm；隨著支護時間增加，圍巖變形量增加速度逐漸降低，最終支護完成40 d 后圍巖變形趨穩(wěn)，頂板、巷幫最大變形量分別控制到52 mm、93 mm，圍巖變形量整體較小，同時在運輸巷掘進過斷層期間圍巖未出現(xiàn)淋水。運輸巷掘進期間采用的圍巖支護技術可滿足斷層破碎帶圍巖控制需要，不會給后續(xù)使用帶來威脅。

4 結語

斷層是煤炭開過程中常見地質構造，3505 運輸巷掘進過斷層破碎帶期間面臨的主要問題是斷層破碎、自身承載能力不足、圍巖涌水等因素導致。提高圍巖自身穩(wěn)定性以及強度是確保巷道圍巖穩(wěn)定的關鍵。為此，3505 運輸巷掘進過DF15 斷層期間綜合使用“注漿+錨網(wǎng)索+架棚”支護方式，通過超前注漿提高斷層破碎帶巖體穩(wěn)定性，采用錨網(wǎng)索構成主動支護，使用架棚構成被動支護。現(xiàn)場應用后，3505 運輸巷掘進過斷層期間圍巖未出現(xiàn)涌水，同時頂板、巷幫變形量分別控制在52 mm、93 mm 以內，取得較為顯著的圍巖控制效果。