掘進(jìn)巷道過斷層破碎帶聯(lián)合支護(hù)技術(shù)研究

郭艷飛

（潞安化工集團(tuán)漳村煤礦，山西 長治 046032）

引言

巷道的設(shè)置方便了人們開采和運(yùn)輸煤炭，同時(shí)改善了開采和運(yùn)輸環(huán)境的通風(fēng)條件，并為及時(shí)排水創(chuàng)造了通路。但是受到巷道鉆鑿地的地下水文地質(zhì)條件、煤層賦存條件和巷道支護(hù)參數(shù)等多種因素的影響，在煤礦開采工作過程中形成的回采巷道會(huì)出現(xiàn)各種威脅巷道正常使用的情況，比如，圍巖產(chǎn)生不同程度的變形和裂縫產(chǎn)生滲水、采空區(qū)頂板巖層懸空出現(xiàn)頂板片幫垮塌現(xiàn)象。因此，為了保證巷道不受威脅，維持其正常使用，需要考慮巷道鉆鑿地地下水文條件和地質(zhì)構(gòu)造等因素，采取有針對(duì)性的圍巖控制技術(shù)。地下水文和地質(zhì)構(gòu)造對(duì)回采巷道的影響會(huì)隨著掘進(jìn)深度的增加而變大，并且巷道在挖掘過程中會(huì)遇到陷落柱、褶皺和斷層等地質(zhì)構(gòu)造，這時(shí)圍巖會(huì)出現(xiàn)破碎、穩(wěn)定性變差等一系列問題，這給圍巖控制帶來了極大的挑戰(zhàn)，特別是當(dāng)掘進(jìn)過程中遇到斷層破碎帶時(shí)，對(duì)圍巖的控制就變得更加困難。以潞安化工集團(tuán)某礦1506巷道掘進(jìn)通過DF21斷層為工程實(shí)例，綜合分析并針對(duì)該巷道圍巖特性，提出了可應(yīng)用注漿+U型鋼架棚+錨網(wǎng)噴的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)并展開分析。

1 1506巷工程概況

該礦1506巷從5號(hào)煤層底板開始向內(nèi)掘進(jìn)，設(shè)計(jì)掘進(jìn)距離590 m，設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面為半圓形，設(shè)計(jì)掘進(jìn)方式為綜合機(jī)械化掘進(jìn)。5號(hào)煤層全區(qū)可開采，煤層均厚5.9 m，傾角10°，設(shè)計(jì)掘進(jìn)區(qū)位于褶皺背部。通過前期地球物理勘探資料可知該煤層賦存條件復(fù)雜，煤層上面覆蓋有0.26 m的泥巖偽頂、賦存穩(wěn)定性不足；直接頂厚度3.6 m，有大量的泥巖和少量的粉砂巖覆蓋；基本頂厚度2.8 m，有大量的細(xì)砂巖和粗砂巖覆蓋；直接底厚度2.8 m，有泥巖和砂質(zhì)泥巖覆蓋。泥巖和砂質(zhì)泥巖具有較高的軟化系數(shù)和較大的孔隙率，因此遇水極易泥化，造成煤層頂?shù)装宄休d力過低。并且在掘進(jìn)過程中會(huì)遇到DF21、DF26等多條斷層，這給圍巖的控制帶來了極大的挑戰(zhàn)，特別是DF21斷層，對(duì)巷道掘進(jìn)和圍巖支護(hù)的影響尤為顯著[1-2]。

2 掘進(jìn)過斷層破碎帶圍巖支護(hù)技術(shù)

當(dāng)1506巷掘進(jìn)到達(dá)DF21斷層時(shí)，圍巖會(huì)產(chǎn)生破碎和裂隙，從而會(huì)出現(xiàn)頂板破碎嚴(yán)重、圍巖變形量過大、頂板片幫垮塌、冒頂?shù)韧{巷道正常使用的現(xiàn)象。因此，為了有效支護(hù)圍巖，控制圍巖變形，提出了將注漿、U型鋼架棚和錨網(wǎng)噴聯(lián)合應(yīng)用的圍巖控制支護(hù)技術(shù)方案。

2.1 超前預(yù)注漿

采用超前預(yù)注漿的方式可以對(duì)斷層破碎帶周圍的圍巖進(jìn)行加固，創(chuàng)造了良好的安全施工環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)巷道安全掘進(jìn)過斷層。5號(hào)煤層的頂?shù)装搴写罅康能浕禂?shù)高、孔隙率大、承載能力低的泥巖和砂質(zhì)泥巖，遇水時(shí)極易泥化，因此在采用超前預(yù)注漿技術(shù)時(shí)，應(yīng)采用泌水率相對(duì)較低的水泥漿液，聚氨酯黏度低，有較好的流動(dòng)性，膠結(jié)后強(qiáng)度增強(qiáng)，因此本技術(shù)應(yīng)用中采用聚氨酯作為注漿材料[3]。

下頁圖1為在巷道內(nèi)設(shè)置的施工注漿孔示意圖，設(shè)置注漿孔深度為4.0 m，聚氨酯加壓0.8 MPa后通過注漿管注入斷層破碎帶中，連續(xù)注漿20 min即可停止注漿，此時(shí)注漿完成，待注漿完成后15 min即可開始掘進(jìn)巷道。

2.2 錨網(wǎng)噴、U型鋼支護(hù)

圖1 巷道內(nèi)施工的注漿孔示意圖

通過超前預(yù)注漿技術(shù)，斷層破碎帶已經(jīng)被注漿材料填補(bǔ)，斷層內(nèi)巖體整體的穩(wěn)定性和強(qiáng)度被大大提高，此時(shí)可以對(duì)錨桿、錨索和U型鋼架進(jìn)行架設(shè)，完成對(duì)圍巖的支護(hù)。選擇支護(hù)錨桿的直徑為20 mm、長度為2 600 mm，相鄰錨桿之間的間距為1 000 mm、排距為1 000 mm，錨固力為60 kN，抗拉強(qiáng)度為190 MPa，錨固劑采用樹脂錨固劑。金屬托盤與錨桿支護(hù)配套使用，采用長度為250 mm、寬度為250 mm、厚度為10 mm的金屬托盤。為了減少或避免混凝土產(chǎn)生裂隙，在巷道表面鋪設(shè)金屬網(wǎng)，采用菱形金屬網(wǎng)，長度為3 000 mm、寬度為3 000 mm、厚度為4 mm。當(dāng)金屬托盤和金屬網(wǎng)鋪設(shè)完成后，在巷道表面噴射一層強(qiáng)度為C30的抗?jié)B混凝土，噴射厚度以80 mm為宜。斷層內(nèi)錨網(wǎng)噴、U型鋼支護(hù)的設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

圖2 錨網(wǎng)噴、U型鋼支護(hù)設(shè)計(jì)圖

3 斷層破碎帶圍巖支護(hù)效果分析

現(xiàn)需對(duì)巷道圍巖的變形量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，設(shè)置兩個(gè)測(cè)站，間隔為15 m，兩個(gè)測(cè)站分別設(shè)置3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，圍巖變形量用頂板下沉量和兩幫收斂量兩個(gè)指標(biāo)反映，分別對(duì)兩個(gè)測(cè)站的頂板下沉量和兩幫收斂進(jìn)行變形量的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)時(shí)間為1 d、3 d、5 d、7 d、···，27 d，以此來確定超前預(yù)注漿，錨網(wǎng)噴和U型鋼的支護(hù)效果。監(jiān)測(cè)站頂板下沉量和兩幫收斂量變化如圖3所示。

圖3 測(cè)站頂板以及巷幫變形量監(jiān)測(cè)結(jié)果

從圖3中曲線變化趨勢(shì)可以看出，圍巖變形量在前7 d內(nèi)變化明顯，7 d之后的變形量趨于穩(wěn)定，頂板下沉量比兩幫收斂量大，測(cè)站2的圍巖變形量大于測(cè)站1的圍巖變形量，這是由于測(cè)站2有一定量的漿液涌出，導(dǎo)致斷層強(qiáng)度相比測(cè)站1低。兩個(gè)測(cè)站的最大頂板下沉量分別為30.5 mm和44.3 mm，最大兩幫收斂量分別為25.6 mm和35.4 mm。兩個(gè)指標(biāo)的最大值均在圍巖變形量允許范圍內(nèi)。由此可見，通過聯(lián)合注漿、錨網(wǎng)噴和U型鋼支護(hù)技術(shù)可以有效增加圍巖強(qiáng)度，減少圍巖的變形量。

4 結(jié)論

1）巷道掘進(jìn)過程中遇到復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造導(dǎo)致圍巖出現(xiàn)變形，斷層破碎帶對(duì)掘進(jìn)安全的影響尤為明顯，若不采用針對(duì)性的圍巖控制措施會(huì)出現(xiàn)威脅巷道掘進(jìn)安全的問題。

2）采用超前預(yù)注漿、錨網(wǎng)噴和U型鋼支護(hù)的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，有針對(duì)性的對(duì)圍巖支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，控制圍巖變形。根據(jù)實(shí)際情況對(duì)注漿、錨桿、金屬網(wǎng)等支護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。實(shí)際應(yīng)用中將最大巷道頂板和兩幫收斂量分別控制在44.3 mm和35.4 mm，均在圍巖變形的允許范圍內(nèi)，說明本文提出的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)是可行有效。