劉京強， 付 浩

(1.貴州魯中礦業(yè)有限責任公司， 貴州 貴陽 550000；2.山東省煤田地質局第五勘探隊分析測試中心， 山東 濟南 250104)

1 前言

巷道掘進過斷層一直是制約巷道掘進安全以及掘進效率提升的重要因素，隨著煤炭開采強度以及開采深度增加，煤炭賦存地質構造更為復雜，巷道掘進遇斷層頻次會顯著提升[1-2]。在地應力以及斷層構造影響下，斷層附近煤巖體較為破碎、穩(wěn)定性差，給巷道掘進及支護工作開展帶來不利影響，采用常規(guī)巷道支護措施，圍巖變形量大，需要頻繁對巷道修整，給巷道使用安全帶來不利影響[3-6]。因此，有必要針對礦井現(xiàn)場實際條件提出有針對性的掘進及支護措施，提高巷道掘進過斷層安全性及效率。

2 工程概述

新設煤礦開采32號煤層，煤層賦存不穩(wěn)定，井下32602回采工作面運輸巷設計掘進長度為980m，設計斷面形狀為矩形，寬度4.6m、寬度3.5m，采用型號為EBZ- 200A掘進機掘進，通過轉載機以及皮帶輸送機對掘機的出煤巖進行運輸。32煤層頂板有厚度約0.5m泥巖偽頂，且偽頂層理發(fā)育，隨著巷道掘進容易出現(xiàn)垮落；煤層直接頂為砂質泥巖，呈灰黑色，厚度3.5m；基本頂頂灰白砂巖，厚度8.65m。

32602回采工作面運輸巷掘進過程中遇到F27斷層，落差2.8m，傾角62°，預計巷道掘進690m處揭露該斷層。32603運輸巷煤巖層正常區(qū)段采用聯(lián)合支護方式，采用錨桿直徑、長度分別為20mm、1 800mm，其中頂板每排布置5根錨桿，巷幫每排布置3根錨桿。為了增強頂板支護強度，在頂板布置2根直徑17.8mm、長度9 500mm錨索，錨索間距、排距為2m×3m。錨桿采用2支型號分別為MSK23/60、MSK23/35樹脂錨固劑錨固；錨索采用3支樹脂錨固劑進行錨固，其中2支型號為MSK23/60，一支型號為MSK23/35。巷道掘進到675m處，頂板巖層較為破碎，在F27斷層影響下，巷道頂板以及巷幫變形量顯著增加，巷道采用原支護方式容易出現(xiàn)圍巖冒落情況，給作業(yè)人員安全帶來不利影響。因此，經過綜合分析，決定在巷道掘進過F27斷層期間采用超前錨桿并結合超前注漿技術，對破碎巖體進行控制，提高巷道圍巖控制效果，確保巷道掘進安全。

3 超前錨桿布置設計

在巷道掘進前方煤巖體較為破碎時，采用錨桿超前支護時常用技術手段[7-8]。在巷道掘進施工前，在頂板向前方煤巖體中施工錨桿，從而將施工的錨桿當做巷道掘進假頂板，從而提高頂板穩(wěn)定性，增加巷道掘進安全系數(shù)。在32602運輸巷掘進遇F27斷層時局部采用的錨桿超前支護方案為以下幾種。

(1)32602運輸巷掘進675m位置處開始布置超前錨桿對破碎頂板進行超前支撐，在施工超前錨桿之前就應做好巷道的永久支護工作，并將掘進巷道斷面調整為設計斷面。

(2)在掘進工作面前方施工的超前錨桿由15根長度在3.5m的螺紋鋼錨桿組成。采用YT- 23鑿巖機在巷道頂板處沿著5°外插角施工鉆孔，巷道中部鉆孔深部為3.2m，兩側鉆孔深度為3.4m，施工的錨桿鉆孔間距設計為400mm。在巷道最外側的兩根錨桿設計與巷道掘進中心線呈60°外插角，以便可以確保巷幫與頂板相接處三角煤穩(wěn)定。

(3)錨桿鉆孔施工完畢后，迅速向鉆孔內插入3支樹脂錨固劑，其中2支為MSK23/60，一支型號為MSK23/35，錨固劑裝入完畢后，在鉆孔內插入錨桿，并使用ZQC- 50/2.5S鉆機多錨桿進行錨固，每一根錨桿錨固時間應控制在45s以上，確保錨桿預先施加的錨固劑在200N·m以上。

(4)超前錨桿外露長度為500mm，超前鉆孔施工完畢后，再施工3根長度為1.8m錨桿，間距設計為1.8m，錨桿施工完畢后安裝長度4.5m鋼托架，與超前錨桿一起對破碎巖層進行控制，具體支護斷面如圖1所示。

圖1 32602運輸巷過斷層期間支護示意圖

(5)巷道掘進每個循環(huán)應控制在1.5m以內，掘進完成后及時施工永久支護措施，巷道掘進時必須保證巷道頂板沿著超前錨桿支護形成的人工頂板掘進。

(6)相鄰的兩排超前錨桿間重疊1m，第二排超前與相鄰的第一排超前錨桿相錯布置，錨桿施工工藝相同，依次類推直至巷道順利通過F27斷層。

4 超前注漿

受斷層影響，32602運輸巷頂板破碎，為了確保巷道掘進安全，對破碎頂板進行注漿，從而提高頂板巖層整體穩(wěn)定性。注漿采用的加固劑型號為瑞米一號，該種類型加固劑具有較好機械性能，黏結度高。加固劑可以在短時間內滲透到微小裂縫中，并膨脹黏結加固，最遠滲透距離超過10m。在注漿時注漿泵提供的注漿壓力控制在10～15MPa，具體注漿措施有以下幾點。

(1)在掘進巷道距離掘進工作面1.2m處布置一排注漿鉆孔，注漿鉆孔采用型號為YT- 28鑿巖機進行施工，鉆孔孔徑設計為42mm。

(2)在掘進工作面施工4個注漿鉆孔，鉆孔間距設計為1.3m。兩側兩個注漿鉆孔與煤壁間距均為350mm，所有的注漿鉆孔均設計10°仰角，其中兩側注漿鉆孔與巷幫夾角設計為60°，以便可以對巷幫與頂板相交處三角煤柱進行注漿加固。

(3)注漿鉆孔施工完畢后，在鉆孔內布置注漿管，設計的注漿管長度為4m，注漿管安裝完畢后，在注漿口安裝封孔器并連接外部注漿設備，具體的注漿設備如圖2所示，主要包括有注漿泵、注漿管路、壓力表、注漿控制閥門、注漿桶以及混合器等。

1、2—注漿桶；3、6、11、15—注漿管路；4—注漿泵；5—清水桶；7、8、10、12—控制閥門；9—混合器；13—壓力表；14—接頭；16—注漿孔

(4)注漿從中間注漿開始后進行最外側兩個注漿孔注漿，在鉆孔注漿過程中若發(fā)現(xiàn)有大面積漏漿應立刻停止注漿，并采用封堵措施后方可繼續(xù)。

5 效果分析

5.1 鉆孔窺視

采用鉆孔窺視儀頂板破碎巖層注漿效果進行窺視，具體注漿前后窺視結果如圖3所示。注漿前鉆孔孔壁不規(guī)整，孔壁周邊發(fā)育有各種類型的裂隙、空洞等，結構整體行差，注漿之后，鉆孔孔壁較為平整，在孔壁周邊有明顯的白色注漿漿液，且漿液充填孔壁周邊裂隙、空洞，注漿后鉆孔鉆進時粉塵產生量及耗水量均顯著小于注漿前。這表明，通過對破碎巖層進行超前注漿，注漿漿液將破碎巖層連接成一個整體，顯著提高了破碎巖體整體穩(wěn)定性及承載能力。

圖3 注漿前后窺視結果

5.2 圍巖變形

在采用超前錨桿及超前注漿后，在巷道內布置測站，對掘進期間巷道圍巖變形進行監(jiān)測，具體結果如圖4所示。在巷道掘進期間，隨著時間推擠，巷道圍巖變形呈現(xiàn)出先顯著增加后逐漸趨穩(wěn)趨勢。圍巖變形發(fā)生在巷道掘進支護后10d時間內，10d巷道圍巖變形量逐漸趨于穩(wěn)定，最終巷道頂板下沉量穩(wěn)定在93mm，巷道變形量穩(wěn)定在252mm。巷道圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)，圍巖變形量與正常巖層掘進期間接近，巷道掘進過斷層采區(qū)的支護措施切實可行。

圖4 掘進期間巷道圍巖變形監(jiān)測結果

6 結論

32602運輸巷掘進遇到F27斷層，受斷層影響，巷道掘進區(qū)域圍巖破碎。在巷道采用永久支護措施前提下，對斷層影響范圍內的破碎巖層采用超前錨桿+超前注漿方式，對破碎圍巖進行控制，現(xiàn)場應用實踐也表明，采用超前錨桿支護后，巷道在超前錨桿支護下掘進，從而避免了頂板破碎巖層影響，提高了掘進工作面安全性；通過在巷道破碎巖層中注加固劑(瑞米一號)實現(xiàn)對破碎巖層粘結加固作用，提高破碎巖層的整日穩(wěn)定性及承載能力，避免在巷道掘進過程中頂板破碎巖體出現(xiàn)冒落可能。