綜掘工作面快速高效過斷層技術(shù)應(yīng)用

常延崗

（潞安化工集團(tuán)漳村煤礦，山西 長(zhǎng)治 046000）

煤礦巷道在掘進(jìn)期間由于受到構(gòu)造應(yīng)力的影響，頂板圍巖較破碎，極易誘導(dǎo)煤巖巷發(fā)生冒頂事故，造成嚴(yán)重?fù)p失[1]。基于此，漳村煤礦采用錨網(wǎng)索復(fù)合支護(hù)的方式對(duì)頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，并通過加注化學(xué)藥劑的方式提升頂板的完整性，增強(qiáng)頂板的支撐力，減少構(gòu)造應(yīng)力對(duì)巷道圍巖的擠壓影響，從而確保掘進(jìn)期間的工程質(zhì)量和施工安全。

1 工程概況

漳村煤礦2802運(yùn)輸巷是2802綜采工作面回采期間的運(yùn)輸巷道，設(shè)計(jì)斷面為矩形，凈高為3.8 m，凈寬5.4 m，凈斷面積20.52 m2。巷道采用錨網(wǎng)索復(fù)合支護(hù)形式，巷道使用EBZ-260型綜掘機(jī)沿煤層底板掘進(jìn)，設(shè)計(jì)巷道方位270°，煤層整體傾角為7°～9°。

根據(jù)三維地震勘探對(duì)礦井井田范圍內(nèi)存在的構(gòu)造異常體進(jìn)行探查，發(fā)現(xiàn)2802工作面內(nèi)400 m處存在斷層。在2802運(yùn)輸巷掘進(jìn)至400 m時(shí)經(jīng)過施工超前地質(zhì)孔對(duì)構(gòu)造體存在真實(shí)性進(jìn)行驗(yàn)證探查，發(fā)現(xiàn)鉆孔前30 m均為煤層，30 m之后不同角度見巖，且穿巖期間鉆機(jī)系統(tǒng)壓力不同程度升高，表明鉆進(jìn)遇到的巖性不一，有質(zhì)地較硬的砂巖，也有硬度較小的泥巖，說明斷層斷落差不均。此斷層將對(duì)巷道掘進(jìn)造成一定的影響，通過施工探查鉆孔，孔內(nèi)未見出水，無(wú)明顯導(dǎo)水性，掘進(jìn)期間頂板受到構(gòu)造體影響，煤層較松軟，頂板破碎，較難支護(hù)。2802運(yùn)輸巷平面布置如圖1所示。

圖1 2802運(yùn)輸巷平面布置

2 綜掘過構(gòu)造技術(shù)方案

2.1 快速綜掘技術(shù)

2802運(yùn)輸巷過斷層期間，由煤巷掘進(jìn)進(jìn)入巖巷尋找到缺失煤層沿煤層施工后再次見斷層，需要再次過巖巷后進(jìn)入煤層，相當(dāng)于過兩次斷層。在此期間，綜掘機(jī)在接近煤巖結(jié)合面，即斷層面附近時(shí)，因受到原始地應(yīng)力的破壞，該段煤巖體較松軟破碎。當(dāng)綜掘機(jī)由煤巷進(jìn)入巖巷時(shí)需要臥底下切，對(duì)綜掘機(jī)底板支撐造成一定的影響；由巖巷重新進(jìn)入煤巷時(shí)，又需要綜掘機(jī)挑頂上山，對(duì)頂板支護(hù)也造成一定困難，并且不論臥底還是挑頂，都對(duì)綜掘施工增加了工程量，嚴(yán)重制約綜掘進(jìn)度[2-4]。為滿足最優(yōu)化的工程設(shè)計(jì)及綜掘機(jī)最大掘進(jìn)坡度不超過12°要求，可據(jù)此設(shè)計(jì)巷道施工坡度。綜掘機(jī)過斷層剖面如圖2所示。

圖2 綜掘機(jī)過斷層剖

為避免綜掘機(jī)掘進(jìn)期間遇到如砂巖、灰?guī)r等質(zhì)地較硬的巖層對(duì)截割頭截齒的磨損，以及破巖期間對(duì)截割搖臂負(fù)荷的增加，降低綜掘機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)造成的設(shè)備損壞，應(yīng)當(dāng)根據(jù)超前探鉆孔揭露資料，提前設(shè)計(jì)好合理的巷道坡度，加強(qiáng)掘進(jìn)期間的設(shè)備維護(hù)檢修，確保正常運(yùn)行。

2.2 過破碎帶期間的頂?shù)装逯ёo(hù)技術(shù)

2802運(yùn)輸巷在過構(gòu)造期間由于頂板圍巖破碎，整體結(jié)構(gòu)性不穩(wěn)定，常規(guī)支護(hù)方式不能有效起到對(duì)頂板的補(bǔ)強(qiáng)作用，因此，改用錨桿索掛網(wǎng)與鋼帶復(fù)合支護(hù)方式。頂錨桿規(guī)格為BHRB-335/φ20 mm×2 500 mm高強(qiáng)度正旋錨桿，按照五花眼方式布置施工，設(shè)計(jì)間排距為1 000 mm×1 000 mm，距幫250 mm補(bǔ)打一根錨桿，使用兩卷錨固劑，其中CKB2340錨固劑位于孔底，Z2388錨固劑位于外段，便于快速錨固；幫部施工錨桿按照三花眼布置，距頂下300 mm開始施工，間排距為1 200 mm×1 200 mm；頂板錨索采用三花眼方式布置，選型為φ21.6 mm×7 200 mm的鋼絞線，間排距為1 200 mm×2 000 mm，施工錨索時(shí)要與錨桿進(jìn)行插花間隔施工，避免頂板穿孔，削弱懸吊錨固效果。

頂幫錨桿、錨索施工結(jié)束后，錨索托盤選用300 mm×300 mm×16 mm規(guī)格的高強(qiáng)度可調(diào)心托盤。頂幫錨桿打設(shè)完成后，使用“W”型鋼帶與錨桿托盤墊片進(jìn)行復(fù)合加固，鋼帶規(guī)格長(zhǎng)×寬為4 200 mm×280 mm，從中間向兩端孔間距為1 m，每條鋼帶可施工五孔錨桿，配套使用調(diào)心球墊及尼龍墊片，以減小摩擦阻力。

錨索配套鎖具使用規(guī)格為300 mm×300 mm×16 mm的調(diào)心托盤與MX形鎖具支護(hù)；頂幫掛設(shè)金屬網(wǎng)選用規(guī)格為100 mm×100 mm的片狀菱形鋼絲金屬網(wǎng)搭接聯(lián)網(wǎng)，每張規(guī)格為1 100 mm×2 200 mm，在錨網(wǎng)索綜合支護(hù)條件下可有效防止過構(gòu)造期間大面積漏矸片幫造成的網(wǎng)兜現(xiàn)象發(fā)生。掘進(jìn)期間，可超前施工鉆孔對(duì)破碎頂幫加注馬麗散，促進(jìn)破碎頂板的粘接，形成更完整的整體，便于快速掘進(jìn)時(shí)的頂板支護(hù)施工。過構(gòu)造期間頂幫支護(hù)如圖3所示。

圖3 過構(gòu)造期間頂幫支護(hù)

3 頂板支護(hù)效果圍巖形變分析

2802運(yùn)輸巷在掘進(jìn)過構(gòu)造期間，為更好地分析采取措施后巷道圍巖應(yīng)力與形變的效果，主要從頂板移近量、錨桿受力變化監(jiān)測(cè)與幫部位移等三個(gè)影響因素來分析，其中巷道頂幫位移的移近量觀測(cè)最為直觀。因此，在巷道掘進(jìn)過構(gòu)造前后30 m范圍應(yīng)力集中區(qū)域開展布點(diǎn)監(jiān)測(cè)工作。為更清晰地觀測(cè)采取措施前后的支護(hù)效果，在過構(gòu)造前外段30 m，按照每15 m布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，設(shè)為測(cè)站1和測(cè)站2，過構(gòu)造后設(shè)置測(cè)站3和測(cè)站4。在測(cè)站布設(shè)安裝頂板離層儀的方式開展，隨著巷道向前掘進(jìn)依次按照設(shè)計(jì)布設(shè)，安裝時(shí)可滯后迎頭5 m左右，通過4個(gè)測(cè)站全部安裝完成，以15 d為周期進(jìn)行觀測(cè)，巷道移近量如圖4所示。

圖4 巷道移近量

從圖4中分析可知：測(cè)站1顯示在掘進(jìn)期間從布置到觀測(cè)周期內(nèi)變化整體較平緩，受動(dòng)壓影響，移近量隨時(shí)間逐漸趨于穩(wěn)定，達(dá)到300 mm左右，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，說明頂板呈緩慢下沉，直到受力達(dá)到平衡。測(cè)站2由于距離斷層面較近，隨著綜掘機(jī)向前推進(jìn)，靠近構(gòu)造區(qū)域應(yīng)力更加集中，在初始安裝時(shí)觀測(cè)頂板移近較緩慢，3 d內(nèi)由375 mm降低至到323 mm，但3～5 d期間，移近速度變慢，變化到136 mm，然后逐漸趨于穩(wěn)定。測(cè)站3由初始移近量的峰值571 mm，直到第7 d變緩，為42 mm，然后趨于穩(wěn)定；測(cè)站4距離斷層面較遠(yuǎn)，整體變化周期也較短，5 d內(nèi)即達(dá)到穩(wěn)定，移近量趨于平緩。整體說明在受到構(gòu)造區(qū)域影響范圍內(nèi)動(dòng)壓持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，應(yīng)力較為集中，導(dǎo)致頂幫移近量變化快，但經(jīng)過復(fù)合支護(hù)加固后，測(cè)站1變化持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)15 d，而加固后測(cè)站3和測(cè)站4均可在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到受力平衡，有效控制頂板下沉，減小移近量，巷道變形控制效果較好。

4 結(jié)論

1）在綜掘巷道過構(gòu)造帶區(qū)域巷道兩側(cè)受到的應(yīng)力最為集中，頂幫支護(hù)最困難，需要防止應(yīng)力突然釋放導(dǎo)致的冒頂和來壓現(xiàn)象發(fā)生，避免因工程質(zhì)量不合格而導(dǎo)致事故發(fā)生。

2）通過過構(gòu)造前預(yù)先注漿加固超前支護(hù)，采用錨網(wǎng)索復(fù)合支護(hù)的方式加固頂幫，不僅可對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)，還可以有效緩解過構(gòu)造期間應(yīng)力釋放導(dǎo)致的巷道變形，確保巷道的有效斷面，減少對(duì)圍巖和巷道支護(hù)的影響。