1201-2 運輸巷斷層構(gòu)造區(qū)加強支護技術(shù)應(yīng)用

王 帥

（山西汾西瑞泰正中煤業(yè)有限公司，山西 靈石 031308）

煤炭井工開采需要掘進大量的地下巷道，由于地下煤巖層賦存復(fù)雜多變，導(dǎo)致巷道經(jīng)常揭露斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造。 受構(gòu)造影響，巷道揭露圍巖應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，圍巖整體性較差，受采掘活動影響，巷道極易出現(xiàn)大變形現(xiàn)象[1-2]。斷層構(gòu)造區(qū)圍巖受采掘擾動，斷層上、下盤沿斷層面相互移動，發(fā)生活化，斷層較大程度的活化會誘發(fā)突水潰沙、沖擊地壓、煤巖體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等災(zāi)害，直接影響到礦井的安全生產(chǎn)[3-6]。本文以正中煤業(yè)1201-2 運輸巷揭露的Fj10、Fj11 斷層區(qū)為工程背景，遵循斷層構(gòu)造區(qū)加強支護思路和原則，設(shè)計了斷層構(gòu)造區(qū)加強支護技術(shù)參數(shù)，并應(yīng)用于現(xiàn)場，為類似復(fù)雜條件巷道支護提供指導(dǎo)。

1 工程概況

正中煤業(yè)1201-2 工作面位于礦井一采區(qū)西北部，工作面開采2下號煤層。 工作面北鄰椒仲舊井，南鄰一采區(qū)軌道上山，西鄰井田邊界，東部為實體煤層。 1201-2 回采區(qū)域上覆為2上號煤層1201-1 采空區(qū)和1203-1 采空區(qū)（2上號和2下號煤層平均層間距5 m），工作面開采的2下號煤層厚度2.2～3.1 m，煤層傾角平均8°；2下號煤層基本頂為6.0～15.0 m 的細粒砂巖，直接頂為1.5～6.0 m 的砂質(zhì)泥巖，偽頂為0.3 m 的泥巖，直接底為1.5 m 的泥巖，老底為4.6 m 的細粒砂巖。1201-2 運輸巷在掘進至548 m、742 m 時揭露Fj10、Fj11 斷層。 Fj10 為正斷層，走向260°，傾向350°，傾角45°，落差2.5 m；Fj11 為正斷層，走向220°，傾向310°，傾角55°，落差5.0 m，如圖1 所示。

圖1 試驗巷道采掘工程平面

2 斷層構(gòu)造區(qū)加強支護思路和原則

1201-2 運輸巷過斷層構(gòu)造區(qū)圍巖應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜、巖體整體性能較差，受采掘活動影響，斷層活化，易誘發(fā)巷道災(zāi)變性失穩(wěn)，需加強支護。

2.1 斷層構(gòu)造區(qū)注漿強化思路

由于斷層構(gòu)造區(qū)圍巖內(nèi)部遍布節(jié)理裂隙，承載、自穩(wěn)能力較差，1201-2 運輸巷過斷層期間采用注漿強化的方法加固圍巖，利用漿液的粘結(jié)性能，將破碎的巖體粘結(jié)成一體，從而提高圍巖自身承載能力。

2.2 高預(yù)緊力及時強主動支護原則

大量工程案例表明，高預(yù)緊力錨桿（索）支護具有支護效果好、成本低的優(yōu)點。 因此，在注漿強化穩(wěn)定圍巖結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，1201-2 運輸巷過斷層期間采用高預(yù)緊力錨桿 （索） 進行及時強主動支護，促使巷道圍巖結(jié)構(gòu)和支護結(jié)構(gòu)形成統(tǒng)一的承載結(jié)構(gòu)體，充分發(fā)揮圍巖結(jié)構(gòu)承載性能。

2.3 支護材料匹配原則

采用高預(yù)緊力錨桿（索）配套性能相互匹配的金屬網(wǎng)、 鋼筋梯子梁、W鋼帶等支護材料，提高1201-2 運輸巷支護結(jié)構(gòu)對巷道圍巖表面作用面積，形成圍巖表層約束力，抑制圍巖碎脹變形；同時，采用噴漿強化的方式，在支護和圍巖表面形成一層混凝土噴層結(jié)構(gòu)，防止支護材料風(fēng)化。

3 斷層構(gòu)造區(qū)加強支護技術(shù)

1201-2 運輸巷掘進寬度4 200 mm，掘進高度2 900 mm，具體技術(shù)參數(shù)如下：

3.1 斷層構(gòu)造區(qū)注漿強化

采用硅酸鹽水泥漿液注漿，漿液水灰比1:1.5；注漿孔直徑42 mm、長度4.0 m；注漿管采用PVC 管，管徑25 mm、 長度2.5 m，注漿壓力為2.0～3.0 MPa，間排距1.4 m×2.4 m，具體參數(shù)如圖2 所示。

圖2 巷道注漿加固斷面

3.2 高預(yù)緊力及時強主動支護

頂板采用錨網(wǎng)索支護，錨桿規(guī)格為直徑22 mm、長度2.4 m，間排距0.8 m×0.8 m，配套規(guī)格120 mm×120 mm×12 mm 的高強托盤，預(yù)緊扭矩280 N·m。 頂板錨索規(guī)格為直徑21.6 mm、長度8 300 mm，間排距1.4 m×1.6 m，錨索配套300 mm×300 mm×16 mm 的高強托盤，錨固長度不低于2.0 m，錨索張拉預(yù)緊力40 MPa。 幫部采用錨網(wǎng)支護，錨桿規(guī)格為直徑22 mm、 長度2.2 m，間排距0.8 m×0.8 m，配套規(guī)格120 mm×120 mm×12 mm 的高強托盤，錨固長度不低于1.0 m，預(yù)緊扭矩280 N·m，采用鋼筋梯子梁連接，錨索采用厚度3 mm 的W 鋼帶連接，頂、幫網(wǎng)規(guī)格分別為4 200 mm×900 mm、2 700 mm×900 mm 的菱形金屬網(wǎng)，具體支護參數(shù)如圖3 所示。

圖3 高預(yù)緊力及時強主動支護斷面

3.3 混凝土噴層

巷道表面噴射1 層厚度100 mm、強度C20 的混凝土噴層，以防范漿液外漏和支護材料風(fēng)化。

4 圍巖控制效果分析

實施加強支護技術(shù)后進行巷道圍巖移近量監(jiān)測，結(jié)果如圖4 所示。 巷道掘出90 d 內(nèi)，巷道圍巖變形較快，左幫、右?guī)鸵平俾史謩e約0.73 mm/d、0.85 mm/d，頂板、底板移近速率分別約2.17 mm/d、1.13 mm/d；巷道左幫、 右?guī)妥畲笠平糠謩e為70 mm、82 mm，頂板、 底板最大移近量分別為95 mm、108 mm。 巷道掘出120 d 后，巷道圍巖變形速度大幅度減小，平均移近速度小于0.2 mm/d；此時，巷道左幫、右?guī)妥畲笠平糠謩e為84 mm、90 mm，頂板、 底板最大移近量分別為105 mm、126 mm。 整體看，巷道底鼓量最大，其次是頂板下沉量，左幫和右?guī)鸵平拷魄逸^小，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，巷道圍巖變形均較小，屬于可控范圍，證明了斷層構(gòu)造區(qū)加強支護技術(shù)與參數(shù)的合理性和可靠性。

圖4 巷道變形曲線

5 結(jié)論

1）正中煤業(yè)1201-2 運輸巷揭露Fj10、Fj11 斷層，受采掘活動影響，斷層活化，易誘發(fā)巷道災(zāi)變性失穩(wěn)。 基于此，提出了斷層構(gòu)造區(qū)加強支護思路和原則，具體包括斷層構(gòu)造區(qū)注漿強化思路、高預(yù)緊力及時強主動支護原則和支護材料匹配原則。

2）設(shè)計了斷層構(gòu)造區(qū)加強支護技術(shù)參數(shù)，并應(yīng)用于現(xiàn)場，巷道掘出120 d 后，巷道圍巖變形速度大幅度減小，平均移近速度小于0.2 mm/d，此時，巷道左幫、 右?guī)妥畲笠平糠謩e為84 mm、90 mm，頂板、底板最大移近量分別為105 mm、126 mm。