一采區(qū)回風(fēng)巷斷層帶圍巖控制技術(shù)方案與應(yīng)用

廉強

（晉能控股煤業(yè)集團高山煤業(yè)有限公司，山西 大同 037001）

巷道掘進遇斷層時，煤體以及頂?shù)装鍘r體裂隙發(fā)育、強度降低，特別是掘進過斷層破碎帶時容易出現(xiàn)冒頂、片幫或者底鼓等情況，給巷道掘進安全以及圍巖控制等帶來一定制約[1-2]。國內(nèi)外眾多研究學(xué)者對巷道掘進過斷層技術(shù)以及圍巖控制技術(shù)等展開研究，并提出超前注漿、超前錨索、工字鋼架棚等多種圍巖控制技術(shù)，現(xiàn)場應(yīng)用成果顯著[3-4]。由于不同礦井間工作人員專業(yè)水平、巷道地質(zhì)條件等均存在明顯差異，若直接照搬其他礦井過斷層破碎帶圍巖控制技術(shù)，往往難以達到預(yù)期效果[5-8]。高山礦一采區(qū)回風(fēng)大巷掘進期間會揭露多條斷層，面臨的主要難題為圍巖淋水、破碎等，巷道圍巖控制難度高甚至可能出現(xiàn)冒頂事故。為此，在分析該回風(fēng)大巷過斷層破碎帶區(qū)域地質(zhì)條件及巷道圍巖等情況的基礎(chǔ)上，設(shè)計了高山礦一采區(qū)回風(fēng)大巷斷層帶支護方案，并在現(xiàn)場實施中取得了良好效果。

1 工程概況

一采區(qū)回風(fēng)大巷沿9#煤層頂板掘進，兩幫均為實體煤，如圖1所示。9#煤厚1.9 m、煤層傾角7°，賦存穩(wěn)定，頂?shù)装逡曰規(guī)r、細砂巖以及泥巖等為主，如表1所示。采用掘進機（EBZ-200A）掘進，用FBD-NO6.3的局部通風(fēng)機（功率2×30 kW）供風(fēng)。

圖1 一采區(qū)回風(fēng)大巷位置

表1 9#煤層頂?shù)装鍘r性

設(shè)計斷面直墻半圓拱形（凈寬5.6 m、凈高4.3 m），采用錨網(wǎng)索支護方式，如圖2所示。根據(jù)已有地質(zhì)資料判定一采區(qū)回風(fēng)大巷在掘進至720～890 m區(qū)間內(nèi)會揭露5～12條斷層，斷層落差一般在1.5～3 m。受斷層影響，巷道可能出現(xiàn)頂幫破碎、淋水現(xiàn)象，對巷道的掘進影響較大。安全快速掘進通過斷層影響區(qū)，是實現(xiàn)一采區(qū)回風(fēng)大巷高效掘進的關(guān)鍵。

圖2 巷道支護斷面

2 巷道過斷層技術(shù)

2.1 巷道快速掘進技術(shù)

一采區(qū)回風(fēng)大巷掘進揭露的斷層落差一般在3 m以內(nèi)，采用EBZ-200A綜掘機掘進時可快速推進。在掘進揭露整斷層時，可通過下盤挑頂、上盤臥底方式掘進，在斷層上下盤交匯處通過補打錨索、加密錨桿索等方式牽掛支護。具體綜掘機過斷層如圖3所示。在過斷層期間，應(yīng)盡量避免綜掘機全部處于巖層中，在破底或者破頂后，應(yīng)盡快掘進至另一盤全煤位置處。由于過斷層期間需要截割巖層，因此綜掘機可更換采用小直徑截割頭并對截割頭外層增加耐磨處理。當(dāng)掘進遇到大塊矸石時，可輔助采用松動爆破方式破巖，增加巖體裂隙并降低綜掘機截割頭破巖難度，縮小巷道掘進過斷層時間。在綜掘機噴霧用水系統(tǒng)中添加一定量除塵添加劑，并與水混合均勻后通過噴嘴噴出進行降塵，以便改善掘進過斷層期間迎頭環(huán)境質(zhì)量。

圖3 巷道過斷層

2.2 過斷層圍巖支護技術(shù)

一采區(qū)回風(fēng)大巷圍巖變化情況，對支護方式進行調(diào)整。

（1）過破碎區(qū)域減少錨桿（索）間排距，錨桿間排距由900 mm×900 mm變更為900 mm×800 mm，錨索間排距由1 800 mm×1 800 mm變更為1 800 mm×1 600 mm，頂板鋪設(shè)雙層金屬網(wǎng)（?6-100×100 mm鋼筋網(wǎng)和50 mm×50 mm網(wǎng)格菱形金屬網(wǎng)），W鋼帶規(guī)格4 500 mm×250 mm×3 mm。在頂板凹凸不平錨桿失效位置使用?17.8 mm×4 500 mm錨索替代頂錨桿進行支護，配套異形托盤250 mm×150 mm×12 mm，W鋼護板規(guī)格450 mm×250 mm×3 mm，錨索錨固力不得低于285 kN，預(yù)緊力不低于180 kN。

（2）當(dāng)縮短間排距、錨索替代錨桿還不能有效維護住頂板時，施工錨桿超前支護，使用?20 mm×2 200 mm錨桿，間距300 mm，排距1 600 mm，錨桿搭接800 mm。

（3）增加三眼組合錨索，組合錨索間排距為2 000 mm×1 600 mm，二二布置，組合錨索采用?17.8 mm×7 300 mm配 套600 mm×600 mm×16 mm錨索托盤；錨固劑為一支MSK2360型加兩支MSZ2360型，錨固長度控制在1 800 mm；錨固后施加到錨索上預(yù)緊力控制180 kN以上。具體組合錨索布置如圖4所示。

圖4 組合錨索布置

（4）在幫部超高、頂部超寬達到500 mm的區(qū)域補打錨桿進行補強支護，錨桿規(guī)格為?20 mm×2 200 mm，配合W鋼護板規(guī)格450 mm×250 mm×3 mm和150 mm×150 mm×10 mm托盤進行支護。

（5）過斷層時，頂幫支護完成后，要及時噴漿封閉揭露的破碎面，噴漿必須緊跟工作面；嚴格執(zhí)行“一掘一支”，頂板往下第一根幫錨桿支護緊跟工作面。

（6）過斷層時，如采取以上措施頂板效果未達到預(yù)想效果，采取鉆機打眼預(yù)注馬麗散加固頂板措施，對頂板進行黏接，提高圍巖的自身強度和穩(wěn)定性。注化學(xué)黏接材料實現(xiàn)頂板加固，單循環(huán)不少于3個注漿孔，在迎頭上頂板下方1 m處開孔，仰角45°，孔深5 m，前端放置2個注射花管，注漿鉆孔布置如圖5所示；注漿后配合噴漿、錨索網(wǎng)、組合錨索、架棚等加強支護。

圖5 注漿鉆孔布置

3 斷層帶巷道圍巖控制效果

巷道圍巖表層位移是衡量支護效果最為直觀的指標，在一采區(qū)回風(fēng)大巷掘進過斷層后，對頂板位移量進行監(jiān)測。在斷層影響區(qū)（巷道掘進720～890 m范圍內(nèi)）內(nèi)布置測站，為全面考察圍巖支護效果，共計布置4個測站，1#測站位于巷道掘進650 m位置（即處于過斷層前區(qū)域）、2#及3#測站分別位于巷道掘進750 m、850 m位置（即2個測站均位于斷層影響區(qū)）、4#測站位于掘進950 m位置（即處于過斷層后區(qū)域），測站隨著巷道掘進依次布置，布置點與掘進迎頭間距控制在3～5 m，如圖1所示。監(jiān)測期間各測站圍巖變形量最大值如表2所示，頂板移近速度變化曲線如圖6所示。

表2 頂板變形監(jiān)測結(jié)果

圖6 頂板移近速度變化曲線

1）在一采區(qū)回風(fēng)大巷掘進過斷層時，測站頂板下沉量由29.1 mm（1#測站）增至36.7 mm（2#測站）、56.2 mm（3#測站），當(dāng)巷道掘進通過斷層滯后頂板下沉量降至31.2 mm（4#測站），通過頂板位移量監(jiān)測結(jié)果可以看出，斷層影響范圍內(nèi)對頂板位移量會明顯增大。

2）在斷層影響范圍內(nèi)的2#及3#測站位移變化速度及位移量明顯大于遠離斷層的1#及4#測站，3#測站頂板移近量、最大變形速度以及平均變形速度等均最大，表明斷層影響范圍內(nèi)圍巖較為破碎，圍巖變形較為明顯；從過斷層后頂板位移變形曲線看出，隨著巷道過斷層時間增加，頂板下沉量逐漸趨于穩(wěn)定。在過斷層期間采用的圍巖支護措施可實現(xiàn)破碎帶圍巖有效控制，滿足巷道后續(xù)使用需要。

4 結(jié)語

以高山礦一采區(qū)回風(fēng)大巷過斷層組破碎帶為例，對綜掘巷道快速過斷層技術(shù)進行分析，并確定通過“錨、網(wǎng)、索、噴、注”的方式對斷層破碎帶區(qū)域巷道圍巖進行控制。在過斷層影響區(qū)時巷道支護時增加錨桿（索）支護密度以及支護強度，實現(xiàn)破碎圍巖有效控制；采用三眼組合錨索進一步增強頂板支護強度，避免出現(xiàn)下沉量過大問題。

現(xiàn)場應(yīng)用后，對一采區(qū)回風(fēng)大巷斷層影響區(qū)域內(nèi)巷道圍巖變形量進行監(jiān)測，在斷層影響區(qū)域內(nèi)巷道頂板位移量以及移動速度等均有所增加，頂板位移量最大為56.2 mm，變形量整體較小，不會給巷道使用帶來影響。