賀喜澤

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)吉縣盛平煤業(yè)有限公司， 山西　臨汾　041000）

引言

在煤礦井下巷道掘進(jìn)過程中，斷層一直是最為常見的幾種地質(zhì)構(gòu)造形式，依據(jù)有關(guān)生產(chǎn)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，因過斷層而引發(fā)的各類事故一直處于礦山事故的前列。特別是近年來隨著我國(guó)能源需求的不斷增大和淺層煤炭資源的日益殆盡，煤礦開采深度持續(xù)增加，開采地質(zhì)條件復(fù)雜程度日益提升，井下巷道掘進(jìn)中遭遇斷層的幾率也顯著增高，為井下掘進(jìn)作業(yè)的安全開展造成一定威脅。基于此，如何在掘進(jìn)巷道過斷層時(shí)開展有效的支護(hù)便成為保障作業(yè)安全的關(guān)鍵要點(diǎn)，同時(shí)也是提升掘進(jìn)作業(yè)效率，改善采掘銜接矛盾，實(shí)現(xiàn)礦井經(jīng)濟(jì)效益提升的強(qiáng)效推力。

1　工程概述

某礦主采煤層為山西組4號(hào)煤，煤層均厚4.1 m，現(xiàn)井下開掘三采區(qū)回風(fēng)巷（5307巷），巷道長(zhǎng)度設(shè)計(jì)1 500 m，高寬分別為5.2 m和4.5 m，為半煤巖巷道。巷道上部存在偽頂，主要均厚為2.1 m的炭質(zhì)泥巖；巷道直接頂與基本頂分別為均厚4.2 m的砂紙泥巖和均厚7.9 m的粗粒砂巖。巷道掘進(jìn)作業(yè)選用綜合機(jī)械法進(jìn)行施工，根據(jù)以往地質(zhì)勘測(cè)可知，在巷道掘進(jìn)至700 m處時(shí)會(huì)遭遇F12正斷層，斷層落差2.5 m，傾角62°。當(dāng)巷道掘進(jìn)至660 m處時(shí)，頂板來壓明顯增加，局部偽頂無法留設(shè)，頂板5.8～6.4 m范圍內(nèi)存在離層，局部產(chǎn)生冒頂。在采用傳統(tǒng)支護(hù)技術(shù)進(jìn)行永久支護(hù)后，受頂板壓力影響出現(xiàn)錨桿失效、鋼帶崩斷等現(xiàn)象，表明傳統(tǒng)支護(hù)技術(shù)無法滿足其實(shí)際需求，需探索全新且有效的支護(hù)工藝[1]。

2　傳統(tǒng)支護(hù)工藝不足分析

目前，井下三采區(qū)回風(fēng)巷道過斷層所選用支護(hù)工藝為“錨桿+W型鋼+錨索”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。所用鋼帶規(guī)格為長(zhǎng)寬4 200 mm×250 mm，單根鋼帶配設(shè)錨栓五個(gè)，布設(shè)排間距為1 000 mm；頂板支護(hù)錨桿選用長(zhǎng)2 500 mm，直徑22 mm的螺紋鋼錨桿，布設(shè)間隔1 000 mm，單個(gè)錨桿布設(shè)預(yù)緊力不小于200 N·m，垂直頂板布設(shè)；頂板煤間隔3 000 mm布設(shè)錨索一排，選用長(zhǎng)4 500 mm的鋼絞線摸索，布設(shè)間隔1 800 mm，錨索托板選用300 mm×300 mm的高強(qiáng)度鋼板制成[2]。

回風(fēng)巷道上方偽頂均厚為2.1 m，所用支護(hù)錨桿長(zhǎng)度2.5 m，導(dǎo)致錨桿錨固端位于直接頂同偽頂交接區(qū)域，當(dāng)通過斷層區(qū)域時(shí)，由于頂板壓力增加，使得常規(guī)錨桿無法對(duì)偽頂進(jìn)行有效維護(hù)，出現(xiàn)偽頂?shù)拇竺娣e垮落；巷道所過F12斷層傾角超過60°，掘進(jìn)通過時(shí)兩幫在覆巖壓力影響下會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重片幫，尤其是頂板同兩幫相交區(qū)域的三角煤柱留設(shè)十分困難，這使得通過采用4 200 mm鋼帶無法實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道的有效維護(hù)；原支護(hù)所采用錨索為長(zhǎng)4 500 mm的鋼絞線錨索，其錨固端位于直接頂，但由于直接頂存在局部離層的情況，因此使用錨索無法實(shí)現(xiàn)對(duì)支護(hù)的有效加強(qiáng)。鑒于上述不足，有必要在巷道通過斷層時(shí)預(yù)先對(duì)頂板進(jìn)行加強(qiáng)，以確保偽頂?shù)耐暾头€(wěn)定[3]。

3　巷道過斷層支護(hù)綜合技術(shù)

結(jié)合礦井實(shí)際地質(zhì)條件，改變?nèi)蓞^(qū)回風(fēng)巷道原支護(hù)方案為“撞楔超前支護(hù)+超前注漿+密集工字鋼棚臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)+永久支護(hù)”的聯(lián)合支護(hù)工藝，通過在距離斷層20 m處開始布設(shè)鋼針和注漿的方法，構(gòu)建人工假頂，提升偽頂穩(wěn)定性的同時(shí)，最大化保障巷道過斷層時(shí)的安全性。

3.1　撞楔超前支護(hù)與超前注漿（見下頁圖1）

1）為有效規(guī)避巷道通過斷層時(shí)偽頂不會(huì)受覆巖壓力影響產(chǎn)生大面積垮落，采取超前撞楔支護(hù)工藝，在作業(yè)面頂板布設(shè)一排鋼針，鋼針同作業(yè)面相互垂直，所用鋼針長(zhǎng)3 000 mm，布設(shè)間隔為400 mm，作業(yè)面鋼針布設(shè)總數(shù)為10排。

2）撞楔支護(hù)完成后，于頂板下方1 000 mm處布設(shè)注漿鉆孔，鉆孔深5 000 mm，單個(gè)斷面共布設(shè)4個(gè)鉆孔，各注漿孔同巷道兩幫夾角控制在6°左右，實(shí)現(xiàn)對(duì)3 m范圍內(nèi)三角煤柱的有效調(diào)控。

3）注漿鉆孔布設(shè)完成后，通過注漿泵注入馬麗散漿液，注漿作業(yè)時(shí)注漿壓力應(yīng)穩(wěn)定在5 MPa左右。此外，注漿中若作業(yè)面煤體發(fā)生漿液的滲透，則應(yīng)馬上中止注漿，并對(duì)注漿孔予以封堵。

4）待所注入漿液全部凝固后，再重新開張掘進(jìn)作業(yè)。在掘進(jìn)時(shí)，鋼針茬進(jìn)幅度不超過1 000 mm，每向前掘進(jìn)作業(yè)2 m，便進(jìn)行一次鋼針補(bǔ)打作業(yè)，相鄰兩排鋼針采取錯(cuò)位重疊的方法進(jìn)行布設(shè)。

圖1　撞楔超前支護(hù)與超前注漿作業(yè)示意圖（單位：mm）

3.2　過斷層永久支護(hù)

1）巷道頂板錨索、錨桿與鋼帶布設(shè)方式維持原樣，但所使用鋼帶改為長(zhǎng)5 200 mm的JW型鋼帶（7眼，眼間隔800 mm），鋼帶兩端同巷幫齊平并在其兩端分別穿插長(zhǎng)2 000 mm螺紋鋼錨桿，錨桿固定于兩幫上。此外，鋼帶中間5眼均穿插長(zhǎng)3 500 mm超長(zhǎng)錨桿，同巷道垂直布設(shè)。

2）為更好地提升頂板穩(wěn)定性，所用錨索長(zhǎng)度增加至8 300 mm，所用托板選用長(zhǎng)度600 mm工字鋼梁制成[4-5]。

3.3　過斷層臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)

1）超前撞楔支護(hù)與永久支護(hù)完成后，在巷道過斷層區(qū)域布設(shè)工字鋼棚進(jìn)行臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)，鋼棚由棚腿、棚梁與水泥背板三大組件構(gòu)成，其布設(shè)示意圖如圖2所示。

2）鋼棚布設(shè)前先對(duì)相關(guān)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行起底操作，起底寬度為300 mm，深度為200 mm。起底后，對(duì)相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行澆筑并預(yù)埋棚腿裝設(shè)底座。

3）起底澆筑凝固后，對(duì)照預(yù)埋棚腿裝設(shè)底座安裝棚腿，并布置棚梁，棚梁同巷道相互垂直。同時(shí)，棚梁與棚腿選用U型卡扣相互連接[6]。

4）每間隔500 mm布設(shè)鋼棚一架，相鄰兩個(gè)鋼棚間通過四根連接桿實(shí)現(xiàn)彼此的相連。此外，每完成相鄰兩架鋼棚的布置后在其上部鋪設(shè)長(zhǎng)度為800 mm的水泥背板[7]。

5）工字鋼棚的布設(shè)應(yīng)在距離斷層5 m處開始，在通過斷層5 m后停止鋼棚布設(shè)，共計(jì)布設(shè)鋼棚數(shù)量為25架。布設(shè)完成后，配置專人定期對(duì)鋼棚各構(gòu)成組件及上部鋪設(shè)的水泥背板開展檢查，若發(fā)現(xiàn)存在變形或斷裂的情況，應(yīng)立即予以更替[8]。

圖2　工字鋼棚布設(shè)示意圖（單位：m）

4　結(jié)語

某礦井三采區(qū)回風(fēng)巷道（5307巷道）在過斷層支護(hù)中選用“撞楔超前支護(hù)+超前注漿+密集工字鋼棚臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)+永久支護(hù)”的聯(lián)合支護(hù)工藝替代原有的傳統(tǒng)支護(hù)方法，提升了巷道直接頂與偽頂?shù)耐暾耘c穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了過斷層巷道支護(hù)安全的顯著增強(qiáng)，從根源上有效地實(shí)現(xiàn)了巷道過斷層時(shí)局部冒頂、頂板沉降、支護(hù)失靈等難題的解決。同時(shí)，為井下掘進(jìn)作業(yè)高效開展和日趨緊張的采掘矛盾，礦井綜合效益的增長(zhǎng)提供了堅(jiān)實(shí)的助推力。

[1]李建軍.大斷面巷道機(jī)械化掘進(jìn)過斷層群技術(shù)[J].煤炭工程，2014（6）：43-45.

[2]王九紅.掘進(jìn)巷道過斷層破碎帶支護(hù)方式探析[J].河南科技，2014（5）：25.

[3]申家志.巷道掘進(jìn)過斷層方法及技術(shù)措施研究[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2014（9）：129-130.

[4]盧二虎，馬志剛.大斷面巷道過斷層破碎帶的掘進(jìn)與支護(hù)方法[J].煤礦支護(hù)，2005（3）：30-31；23.

[5]張景公.過斷層破碎帶條件下巖巷掘進(jìn)超前支護(hù)技術(shù)[J].煤炭技術(shù)，2012（6）：90-91.

[6]李井生.施工巷道過斷層破碎帶支護(hù)方法[J].煤炭技術(shù)，2011（3）：95-96.

[7]閆成柱.淺析掘進(jìn)巷道安全過斷層支護(hù)工藝實(shí)踐[J].煤，2017（2）：51-52.

[8]曹健.楊莊礦過斷層巷道支護(hù)技術(shù)[J].煤炭技術(shù)，2016（10）：73-74.