頂板淋水巷道過斷層時圍巖控制技術(shù)研究

郭 忍

（汾西礦業(yè)集團(tuán)高陽煤礦，山西 孝義 032300）

陷落柱、斷層、褶曲以及煤巖破碎帶等地質(zhì)異常區(qū)會給井下煤炭回采以及巷道掘進(jìn)來較大影響[1-3]。特別是回采巷道頂板含水時，巷道掘進(jìn)過斷層期間在頂板淋水作用下圍巖會出現(xiàn)軟化，巷道支護(hù)面臨圍巖破碎、淋水以及圍巖弱化等多種不利因素，給巷道支護(hù)帶來較大制約。因此，強(qiáng)化頂板含水巷道掘進(jìn)過地質(zhì)構(gòu)造圍巖控制研究，對提高巷道掘進(jìn)效率以及安全保障能力等均有顯著的促進(jìn)意義。

1 工程概況

20702 綜采工作面回采7 號煤層，煤層厚度2.8 m、埋深420 m、傾角5°，賦存穩(wěn)定，為礦井主采煤層。20702 工作面傾向長208 m、推進(jìn)長度1 805 m，采面回風(fēng)巷設(shè)計掘進(jìn)距離1 859 m，巷道凈斷面積為8.75 m2，凈寬×凈高=3.5 m×2.5 m，采用錨網(wǎng)索支護(hù)圍巖，巷道采用綜掘方式掘進(jìn)。7 號煤層基本頂為K2 灰?guī)r（9.5 m 厚），裂隙發(fā)育；直接頂以及直接底均為炭質(zhì)泥巖，其中頂板厚3.6 m、底板厚4.2 m，遇水容易膨脹變形；基本底為粉砂巖（厚7.8 m）。

20702 回風(fēng)巷掘進(jìn)過程中圍巖涌水主要來源于頂板灰?guī)r層裂隙水，巷道掘進(jìn)期間正常涌出量為0.05 m3/h，最大涌水量為0.23 m3/h。根據(jù)已有地質(zhì)資料顯示，回風(fēng)巷掘進(jìn)過程中會揭露F203 斷層（H=1.2～1.8 m，130°∠42°），預(yù)計斷層有一定導(dǎo)水性，同時斷層帶內(nèi)煤巖體破碎，從而給巷道正?；夭蓭磔^大制約。

2 圍巖控制技術(shù)

2.1 超前地質(zhì)探測

掌握回風(fēng)巷掘進(jìn)前方斷層具體賦存參數(shù)并針對性采取圍巖加固以及防治水措施，對提高巷道圍巖控制能力以及掘進(jìn)安全具有顯著促進(jìn)意義。為此，在回風(fēng)巷與F203 斷層斷層相距15 m 之前，提前在接近迎頭布置探測鉆孔，詳細(xì)確定斷層與巷道位置關(guān)系、斷層賦存參數(shù)（產(chǎn)狀、落差等）、斷層導(dǎo)水性以及斷層帶內(nèi)煤巖體賦存情況。根據(jù)探測結(jié)果明顯巷道掘進(jìn)至斷層影響區(qū)具體位置，從而便于針對性制定措施。

2.2 超前注漿加固

在20702 回風(fēng)巷與F203 斷層相距5 m 時，在巷道掘進(jìn)迎頭位置布置超前注漿加固鉆孔，對斷層影響區(qū)進(jìn)行加固并封堵潛在的導(dǎo)水裂隙。在注漿鉆孔施工過程中若出現(xiàn)鉆孔涌水則嚴(yán)禁拔出鉆桿，應(yīng)依據(jù)預(yù)案進(jìn)行處理。注漿鉆孔封孔深度在2～3 m，鉆進(jìn)深度在5～8 m，鉆孔布置2 排，上排鉆孔距離頂板300 mm、布置4 個且有10°仰角，鉆孔間間距為1 200 mm；下排鉆孔距巷道頂板1 500 mm，布置3 個且均垂直迎頭煤壁，鉆孔間間距為1 800 mm。具體注漿鉆孔布置見圖1 所示。注漿材料選擇水泥單液將，注漿壓力控制在2～5 MPa。

圖1 注漿鉆孔布置示意圖

2.3 巷道支護(hù)設(shè)計

2.3.1 縮小掘進(jìn)進(jìn)尺及強(qiáng)化臨時支護(hù)

在斷層帶附近煤巖體破碎，同時在頂板淋水影響下煤巖體承載能力以及穩(wěn)定性較差，從而增加巷道掘進(jìn)迎頭頂板控制難度。為降低巷道掘進(jìn)對圍巖擾動，提出縮小掘進(jìn)進(jìn)尺量并降低空頂距，巷道掘進(jìn)后及時對圍巖進(jìn)行支護(hù)，具體將巷道單循環(huán)掘進(jìn)進(jìn)尺由1 600 mm 縮小至800 mm。在巷道破煤后，采用π 型鋼+單體對頂板進(jìn)行臨時支護(hù)，采用的單體間距為1 000 mm；巷道臨時支護(hù)完成后及時進(jìn)行永久支護(hù)，從而縮小巷道圍巖變形量。

2.3.2 頂板錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

正常條件下巷道頂板布置5 根錨桿進(jìn)行支護(hù)，錨桿間距×排距=800 mm×800 mm；在巷道中線位置間隔1 排錨桿布置1 根錨索，錨索間距1 600 mm。為提高巷道過斷層期間頂板巖層穩(wěn)定性，在巷道掘進(jìn)距離斷層5 m 時開始使用在巷道頂板上增加布置錨索對頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。增加布置2 根錨索，間排距均為1 600 mm。并與原有的錨索呈二·一·二”布置形式，具體巷道頂板錨索布置見圖2 所示。

圖2 補(bǔ)強(qiáng)錨索布置示意圖

2.3.3 架棚支護(hù)

在巷道掘進(jìn)至斷層破碎帶時，為提高巷道表層巖體支護(hù)強(qiáng)度，采用架棚對圍巖進(jìn)行支護(hù)。架棚棚距為1 000 mm，由單體+π 型鋼組成。

2.3.4 巷道表層噴漿

由于20702 回風(fēng)巷頂?shù)装鍘r層均為泥巖，巖層遇水后容易弱化且有膨脹變形情況發(fā)生，增加巷道圍巖變形量。為提高圍巖控制效果，在巷道圍巖永久支護(hù)完成后，即對圍巖進(jìn)行噴漿。噴漿采用C25 混凝土，頂板噴漿厚度控制在100 mm 以上、巷幫噴漿厚度控制在50 mm 以上，通過噴漿及時封堵巷道表層巖體裂隙并降低空氣對圍巖風(fēng)化影響。

2.4 圍巖支護(hù)效果分析

在20702 回風(fēng)巷掘進(jìn)過F203 斷層斷層期間，對巷道涌水量以及圍巖變形量進(jìn)行監(jiān)測。發(fā)現(xiàn)巷道過斷層期間頂板以及巷幫等均未出現(xiàn)淋水問題，同時巷道頂板、巷幫在監(jiān)測期間（30 d）最大變形量分別為59 mm、27 mm，圍巖變形量較小。

通過現(xiàn)場監(jiān)測可判定，文中提出的支護(hù)措施可滿足20702 回風(fēng)巷掘進(jìn)過F203 斷層時圍巖控制需要。

3 結(jié)論

地質(zhì)構(gòu)造是影響巷道掘進(jìn)安全以及掘進(jìn)效率的主要因素之一，巷道掘進(jìn)過地質(zhì)構(gòu)造期間應(yīng)依據(jù)現(xiàn)場條件采取針對性圍巖控制措施，以便達(dá)到提高圍巖控制效果及促進(jìn)巷道掘進(jìn)效率目的。20702 回風(fēng)巷頂板K2 灰?guī)r中含有一定的裂隙水，巷道頂板以及底板均為泥巖，遇水容易膨脹變形，巷道淋水會影響圍巖穩(wěn)定性?；仫L(fēng)巷掘進(jìn)期間會揭露F203 斷層，預(yù)計掘進(jìn)過斷層期間圍巖涌水量會有所增加，同時斷層破碎帶煤巖體破碎，給巷道圍巖控制帶來較大挑戰(zhàn)。

為此，提出采用超前探測方式掌握斷層詳細(xì)參數(shù)，并提出超前逐漸對斷層導(dǎo)水通道進(jìn)行封堵，避免巷道掘進(jìn)期間頂板淋水量增加，同時使用錨索對頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)避免出現(xiàn)頂板下沉量較大情況；采用架棚強(qiáng)化巷道表層巖體支護(hù)，控制變形量；噴漿對巷道表層裂隙進(jìn)行封堵，降低淋水以及空氣對圍巖影響?，F(xiàn)場應(yīng)用后，巷道過斷層期間頂板、巷幫最大變形量分別為59 mm、27 mm，取得較好應(yīng)用成果。