巷道快速過(guò)斷層施工工藝及支護(hù)技術(shù)

楊丁鑒

（臨汾宏大雪坪煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041000）

1 2207 巷工程概述

臨汾宏大雪坪煤業(yè)有限公司2207 巷位于二采區(qū)南部，東部為原河底山采空區(qū)，南部為本礦礦界，西部為實(shí)體煤，北部為實(shí)體煤。對(duì)應(yīng)上覆為2 號(hào)煤層采空區(qū)，2 號(hào)煤層蓋山厚度為40～256 m，與9、10、11 號(hào)煤層間距為71～85 m。2207 巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1 948 m，巷道為矩形斷面，斷面規(guī)格寬×高=4.4 m×3.5 m，工作面回采煤層為9 號(hào)、10 號(hào)、11 號(hào)合并煤層，煤層走向總體趨勢(shì)北東，傾向西北，傾角3°～13°，平均為8°。根據(jù)地面勘探鉆孔與井下探頂鉆孔資料，該工作面區(qū)域煤層穩(wěn)定，煤層厚度平均6.94m，并含有3 層夾石，厚度平均1.0 m。煤層硬度f(wàn) 為2～2.5。煤層頂?shù)装鍘r性如表1 所示。

表1 2207 巷掘進(jìn)煤層頂?shù)装鍘r性匯總

2207 巷采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，截至目前巷道已掘進(jìn)1 810 m，根據(jù)鉆探資料顯示，2207 巷掘進(jìn)至1 725 m 處將揭露一條F2 正斷層，斷層落差為2.4 m，傾角為45°，預(yù)計(jì)該斷層對(duì)巷道影響長(zhǎng)度達(dá)75 m，對(duì)巷道影響較大。

2 2207 巷過(guò)斷層施工方案

2.1 回采巷道傳統(tǒng)過(guò)斷層方法

對(duì)于回采巷道掘進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)巷道掘進(jìn)遇大斷層時(shí)常見(jiàn)的過(guò)斷層方法為繞過(guò)斷層以及強(qiáng)行破巖過(guò)斷層[1-3]。

1）繞過(guò)斷層法：對(duì)于斷層落差大于10 m 且揭露斷層后巖體為單軸抗壓強(qiáng)度較高的巖體，如粗砂巖等，采用掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)破巖難度大、采掘效率低時(shí)可繞過(guò)斷層，在揭露斷層前20～30 m 處新開(kāi)切巷，重新搬家準(zhǔn)備。

2）強(qiáng)行破巖法：對(duì)于斷層落差低于5.0 m 且揭露的巖體硬度高，或者落差低于10 m，揭露巖體硬度相對(duì)較低，如砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖等，可采用強(qiáng)行破巖法過(guò)斷層，從而提高工作面煤柱回采率。強(qiáng)行破巖可分為機(jī)械破巖和爆破破巖，若巖體強(qiáng)度高，采用機(jī)械破巖時(shí)對(duì)設(shè)備損壞嚴(yán)重可采用爆破法進(jìn)行破巖。

2.2 2207 巷過(guò)斷層方法

1）由于2207 巷揭露的F2 斷層與巷道斜角為45°，斷層延伸8207 工作面回采煤層中，若采用繞過(guò)法過(guò)斷層時(shí)，8207 工作面需在斷層前20 m 處重新施工一條切巷，8207 切巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為190 m，從而增加回采工作面巷道掘進(jìn)工程量以及巷道掘進(jìn)成本費(fèi)用；同時(shí)由于8207 工作面設(shè)計(jì)回采長(zhǎng)度為1 948 m，而F2斷層位于采位1 725 m 處，若采用新開(kāi)切巷法過(guò)斷層時(shí)，工作面煤炭損失量達(dá)17.7 萬(wàn)t，大大降低了工作面經(jīng)濟(jì)效益，而且會(huì)造成采空區(qū)遺煤量增加，不利于后期采空區(qū)安全管理。所以綜合分析決定采用強(qiáng)行破巖法過(guò)F2 斷層。

2）根據(jù)鉆探資料顯示，2207 巷揭露斷層后巖體以粗砂巖為主，巖體單軸抗壓強(qiáng)度為44 MPa，巖體強(qiáng)度高，若采用掘進(jìn)機(jī)直接破巖時(shí)掘進(jìn)機(jī)截割電機(jī)負(fù)荷大，易造成電機(jī)燒毀，且截齒磨損嚴(yán)重，所以掘進(jìn)采用松動(dòng)爆破法進(jìn)行破巖掘進(jìn)；而2207 巷在揭露斷層后受構(gòu)造應(yīng)力以及爆破振動(dòng)影響，圍巖穩(wěn)定性差，巷道過(guò)斷層時(shí)很容易出現(xiàn)頂板破碎垮落、兩幫片幫等，所以在過(guò)斷層前后10 m 范圍內(nèi)必須對(duì)圍巖加強(qiáng)支護(hù)。

3 2207 巷過(guò)斷層期間支護(hù)技術(shù)

為了保證巷道安全快速過(guò)F2 斷層區(qū)，提高巷道過(guò)斷層期間圍巖穩(wěn)定性，防止過(guò)斷層期間巷道出現(xiàn)頂板破碎、煤壁片幫現(xiàn)象，決定對(duì)巷道圍巖采取錨桿（索）、矩形鋼棚聯(lián)合支護(hù)[4-5]。

3.1 巷道頂板支護(hù)

為了提高頂板穩(wěn)定性，決定對(duì)過(guò)斷層期間頂板支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化，采用“JW 型鋼帶+錨索+組合錨索”聯(lián)合支護(hù)。

1）由于原2207 巷頂板采用W 型鋼帶配合錨桿支護(hù)，W 型鋼帶支護(hù)截面積小、剛度低，在應(yīng)力區(qū)支護(hù)時(shí)易出現(xiàn)變形、斷裂現(xiàn)象，所以決定對(duì)頂板鋼帶進(jìn)行優(yōu)化：采用JW 型鋼帶，鋼帶長(zhǎng)度為4.2 m、寬度為0.28 m、厚度為4.75 mm，鋼帶抗載荷強(qiáng)度為455 MPa，鋼帶上布置5 個(gè)支護(hù)孔，孔間距為1.0 m。

2）2207 巷道揭露斷層后受構(gòu)造應(yīng)力影響，頂板出現(xiàn)斷裂破碎現(xiàn)象，造成頂板形成圍巖松動(dòng)圈，而原頂板采用長(zhǎng)度為2.5 m 錨桿，錨桿采用一支錨固劑進(jìn)行錨固，錨固長(zhǎng)度為0.6 m，錨固端位于圍巖松動(dòng)圈內(nèi)，錨固效果差，支護(hù)易失效，所以決定將原頂板錨桿更換為長(zhǎng)度4.3 m、直徑21.8 mm 恒阻錨索，錨索采用三支錨固劑進(jìn)行錨固，錨索與JW 型鋼帶配合使用。

3）為了防止斷層區(qū)頂板出現(xiàn)離層造成圍巖淺層出現(xiàn)垮落現(xiàn)象，決定對(duì)應(yīng)力區(qū)頂板施工組合錨索，每排施工兩組組合錨索，組合錨索主要由一塊鋼板以及三根長(zhǎng)度為8.3 m 的錨索組成，組合錨索布置間距為2.0 m，布置排距為2.0 m。

3.2 護(hù)幫支護(hù)

為了防止應(yīng)力區(qū)巷幫出現(xiàn)片幫現(xiàn)象，提高巷幫支護(hù)質(zhì)量，決定對(duì)巷道兩幫采取單錨桿以及邁步式聯(lián)鎖錨索支護(hù)。

1）2207 巷掘進(jìn)至1 715 m 處時(shí)對(duì)原巷幫單錨桿支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化，決定采用邁步式W 型鋼帶支護(hù)；巷道掘進(jìn)后及時(shí)對(duì)頂板補(bǔ)打支護(hù)，巷道共計(jì)布置四排單錨桿支護(hù)，錨桿長(zhǎng)度為2.0 m、直徑為20 mm，每根錨桿采用一支錨固劑進(jìn)行錨固；錨桿外露端安裝一根長(zhǎng)度為0.45 m W 型鋼帶。第一排護(hù)幫施工在距頂板0.5 m，相鄰兩排護(hù)幫排距為1.0 m，布置間距為0.9 m。

2）待巷幫單錨桿支護(hù)施工完后，在巷道施工邁步式單錨索支護(hù)，錨索施工在相鄰兩排護(hù)板之間，錨索長(zhǎng)度為4.0 m、直徑為17.8 mm，錨索采用兩根錨固劑進(jìn)行錨固，錨索錨固后外露長(zhǎng)度控制在0.25 m。

3）第一根錨索施工在距頂板0.8 m 處，第二根錨索施工在距底板1.2 m 處，第三根錨索與第一根錨索布置相同，相鄰兩根錨索布置水平間距為2.0 m，如圖1 所示。錨索安裝后在相鄰兩根錨索外露端安裝一根長(zhǎng)度為2.5 m 拉桿進(jìn)行預(yù)緊。

圖1 2207 巷斷層區(qū)圍巖支護(hù)示意圖（單位：mm）

3.3 安裝矩形鋼棚

為了進(jìn)一步提高頂板穩(wěn)定性，防止兩幫煤柱應(yīng)力作用出現(xiàn)片幫現(xiàn)象，在斷層區(qū)決定架設(shè)密集矩形鋼棚。

1）矩形鋼棚棚腿、頂梁主要由工字鋼梁焊制而成，棚腿長(zhǎng)度為3.5 m，頂梁長(zhǎng)度為4.2 m，鋼棚架設(shè)順序?yàn)橄扰锿群箜斄?，棚腿與頂梁之間采用卡纜進(jìn)行固定。

2）矩形鋼棚安裝間距為0.8 m，鋼棚安裝后對(duì)棚腿、頂梁安裝錨桿進(jìn)行固定，同時(shí)在相鄰兩架鋼棚棚腿之間安裝連接桿進(jìn)行連接；鋼棚安裝后若頂梁與頂板之間存在間隙時(shí)，采用水泥背板進(jìn)行填充。

4 結(jié)語(yǔ)

截至2020 年12 月11 日2207 巷已過(guò)F2 斷層區(qū)，對(duì)F2 斷層期間圍巖采取聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，通過(guò)20 d 現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，在0～10 d 范圍內(nèi)由于斷層區(qū)頂板塑性變形現(xiàn)象嚴(yán)重，頂板會(huì)出現(xiàn)局部下沉現(xiàn)象，下沉量控制在0.13 m，頂板未出現(xiàn)破碎斷裂現(xiàn)象，在10 d 后頂板圍巖趨于穩(wěn)定，頂板下沉量控制在0.15 m以下，兩幫收斂量控制在0.27 m 以下，巷道過(guò)斷層期間掘進(jìn)速度達(dá)5.2 m/d，取得了顯著應(yīng)用成效。