掘進巷道過斷層圍巖支護技術(shù)研究

那建勇

(汾西礦業(yè) 柳灣煤礦，山西 孝義 032303)

斷層是采掘作業(yè)期間常見構(gòu)造類型，受斷層上下盤擠壓、移動等影響，導致斷層影響范圍內(nèi)煤巖體破碎，影響礦井生產(chǎn)安全[1-2]?，F(xiàn)階段眾多的研究學者對巷道、采煤工作面回采過斷面時圍巖應(yīng)力變化、移動以及支護措施等進行研究，并針對性提出通過超前注漿、管棚、超前錨桿等措施進行圍巖控制，在工程應(yīng)用中取得較好成果[3-6]。山西某礦3503運輸巷掘進期間會揭露有DF12斷層，容易出現(xiàn)變形量大、頂板垮落或者煤壁片幫等各類問題，無法實現(xiàn)安全快速掘進。為此，文中就以3503運輸巷過DF12斷層為例，針對性提出圍巖支護技術(shù)措施，為巷道安全掘進創(chuàng)造良好條件。

1 工程概況

3503運輸巷掘進長2 590 m，用EBZ260綜掘機沿3號煤底板掘進，刮板輸送機+帶式輸送機運煤，圍巖采用錨網(wǎng)索支護方式。3號煤頂?shù)装鍨樘抠|(zhì)泥巖、砂巖，煤層厚度均值3.9 m，傾角2～5°.3503運輸巷掘進揭露多條落差1.2～5.6 m斷層，具體揭露的各斷層參數(shù)見表1.3503運輸巷掘進過斷層期間容易出現(xiàn)片幫或者冒頂?shù)葐栴}。其中DF12斷層落差3.6 m，對采面掘進及圍巖控制有較大影響，該斷層破碎帶內(nèi)充填有破碎的炭質(zhì)泥巖、卵石以及砂巖等，整體膠結(jié)性及整體性較差。3503運輸巷在掘進靠近DF12斷層時呈出現(xiàn)一定程度頂板垮落問題，后通過工字鋼、木垛及錨索等對垮落區(qū)進行處理，控制了垮落區(qū)圍巖穩(wěn)定。

表1 斷層情況

2 巷道過斷層圍巖控制技術(shù)

DF12斷層影響范圍內(nèi)煤巖體裂隙發(fā)育、圍巖破碎，承載能力及穩(wěn)定性整體較差，結(jié)合以往巷道掘進過斷層技術(shù)經(jīng)驗，提出使用超前注漿、撞鍥方式提高斷層破碎帶內(nèi)破碎煤巖體穩(wěn)定性，使用U型鋼+錨網(wǎng)噴方式進行永久支護[7-8]。

2.1 超前加固

2.1.1 超前注漿

在掘機迎頭綜合使用注漿管(規(guī)格D20 mm×3 000 mm注漿管)、超前小導管(規(guī)格D40 mm×6 000 mm注漿管)加固破碎煤巖體，具體迎頭注漿鉆孔布置見圖1.其中位于巷道輪廓線的1～31號鉆孔按照500 mm間距、1 500 mm排距布置，鉆孔均有25°外插角，并下放規(guī)格D20 mm×3 000 mm注漿管，實現(xiàn)對巷道周邊破碎煤巖體加固；鉆孔設(shè)計注漿壓力為3 MPa.

圖1 超前注漿鉆孔布置示意(mm)

迎頭布置的32～39號鉆孔布置間距為1 000 mm、排距為2 500 mm，鉆孔內(nèi)插入規(guī)格D40 mm×6 000 mm注漿管，用以增強掘進迎頭破碎煤巖體強度，鉆孔注漿壓力為5 MPa.在巷道掘進迎頭布置的注漿鉆孔內(nèi)注漿材料均采用水泥單液漿。

2.1.2 撞鍥支護

撞楔支護是井下巷道掘進過軟巖或者破碎巖體時常用的掘進支護方式，是在掘進迎頭向前方煤巖體中布置撞鍥鋼管進行超前預(yù)加固，避免在掘進及后續(xù)支護時圍巖出現(xiàn)坍塌事故。在掘進迎頭采用規(guī)格D50 mm×1 500 mm鋼管對破碎煤巖體進行控制，具體現(xiàn)場布置見圖1(b)，布置的撞鍥按照間距300 mm、排距1 000 mm布置，有25°外插角；撞鍥主要布置在掘進巷道拱頂位置。將撞鍥尾部與掘進巷道布置的永久支護相連接，提升撞鍥圍巖控制能力。

2.2 巷道圍巖永久支護方案

3503運輸巷在過斷層期間采用U型鋼+錨網(wǎng)噴方式進行永久支護，具體巷道圍巖支護斷面見圖2.支護用D20 mm×2 500 mm螺紋鋼，間距800 mm、排距500 mm，斷面布置15根；在表面鋪設(shè)網(wǎng)孔100 mm×100 mm的雙層金屬網(wǎng)(D6.5 mm圓鋼編制)。

圖2 永久支護示意(mm)

鋼支架用36U型鋼加工，拱頂鋼梁長6 340 mm、幫腿柱長度為4 040 mm，巷道底板反拱為2節(jié)，單節(jié)長度為3 100 mm.鋼支架間均采用卡纜、M22×210 mm螺栓等連接，鋼支架間用原本背實，提高對圍巖控制能力。

3503運輸巷掘進后立即進行初噴，實現(xiàn)裸露圍巖封閉，降低圍巖風化程度及破碎程度。在架設(shè)完成36U型鋼后對圍巖進行二次噴漿，通過二次噴漿將錨網(wǎng)、錨桿、鋼支架等耦合形成支護結(jié)構(gòu)，共同作用增強支護體系對破碎圍巖控制能力。拱頂及巷幫噴射厚100 mm、強度C20混凝土，底板澆筑厚度300 mm、強度C25混凝土。

3 破碎煤巖體圍巖支護效果

為檢驗巷道掘進過破碎帶期間圍巖控制效果，在3503運輸巷掘進過DF12斷層破碎帶后，在破碎帶內(nèi)2個測點(間隔3 m)，測點布置見圖3.

圖3 測點布置示意

監(jiān)測頂板離層及圍巖變形情況；在頂板上1 m、3 m、6 m位置布置測點實現(xiàn)淺部及深部巖體離層量監(jiān)測，具體頂板離層量及頂板下沉量監(jiān)測結(jié)果見圖4.

圖4 圍巖變形監(jiān)測曲線

從圍巖變形監(jiān)測結(jié)果看出，在DF12斷層影響范圍圍巖變形量隨著支護時間增加逐漸趨于穩(wěn)定。支護完成42 d后斷層破碎帶巷道頂板上覆1 m、3 m、6 m位置頂板最大離層量控制在30.1 mm、28.0 mm及6.3 mm，頂板離層量整體較小，且離層量基本穩(wěn)定，隨支護時間不再增加；監(jiān)測期間發(fā)現(xiàn)頂板最大下沉量控制在86 mm，頂板巖體可保持穩(wěn)定，不會出現(xiàn)垮落問題。從圍巖變形監(jiān)測結(jié)果看出，在3503運輸巷掘進過DF12斷層期間，采用的超前加固、永久支護可實現(xiàn)斷層破碎帶圍巖有效控制。

4 結(jié) 語

1) 3503運輸巷在掘進期間揭露有DF12斷層，掘進過斷層時面臨垮頂、片幫、圍巖變形量大等問題，在一定程度制約巷道安全高效掘進。為此，根據(jù)3503運輸巷揭露DF12斷層情況提出綜合采用超前加固+永久支護(架棚支護+錨網(wǎng)支護)對斷層破碎帶煤巖體進行控制。

2) 通過在巷道掘進輪廓線上布置注漿鉆孔對圍巖進行超前加固，避免掘進時出現(xiàn)垮頂或者圍巖變形量大問題；在迎頭布置注漿鉆進行加固避免迎頭出現(xiàn)片幫；采用工字鋼架棚、錨桿及噴漿方式對斷層破碎帶破碎煤巖體進行永久控制，可增強斷層破碎帶內(nèi)圍巖支護強度，減低后續(xù)使用過程中圍巖變形量。

3) 現(xiàn)場應(yīng)用后，巷道過斷層期時未有片幫、垮頂?shù)劝l(fā)生，同時圍巖變形量在允許范圍內(nèi)，實現(xiàn)了巷道安全過斷層破碎帶及圍巖變形有效控制。