徐留軍

（山西新村煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

0 引 言

受地殼運(yùn)動(dòng)的影響，在煤礦井下部分巷道掘進(jìn)期間會(huì)揭露斷層、褶曲、向斜等地質(zhì)構(gòu)造，導(dǎo)致巷道掘進(jìn)過(guò)程中應(yīng)力集中、淋水增大、支護(hù)困難等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)頂幫失穩(wěn)、巖體離層冒落現(xiàn)象，危及職工生命安全，同時(shí)對(duì)巷道掘進(jìn)速度及支護(hù)質(zhì)量產(chǎn)生較大影響[1-4]?；诖耍ㄟ^(guò)對(duì)新村煤業(yè)15301工作面過(guò)地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域圍巖變形、應(yīng)力分布及支護(hù)體工作載荷變化情況分析，提出并實(shí)施采用超前管棚密集挺頂及預(yù)注漿后，采用錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護(hù)對(duì)巷道圍巖進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)的設(shè)計(jì)方案。經(jīng)過(guò)在15301回風(fēng)順槽過(guò)斷層期間進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，該技術(shù)方案達(dá)到設(shè)計(jì)支護(hù)強(qiáng)度要求，圍巖變形量小、支護(hù)效果理想。

1 概 況

新村煤業(yè)公司15301回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)工程量1 511 m，巷道寬×高=5 m×3.5 m，采用EBZ-160懸臂式掘進(jìn)機(jī)沿15號(hào)煤層頂板掘進(jìn)。15號(hào)煤層頂板為中粒砂巖砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖互層，巖層硬度系數(shù)低，圍巖承載能力差。根據(jù)地質(zhì)資料顯示，15301回風(fēng)順槽預(yù)計(jì)掘進(jìn)至325 m處時(shí)將揭露F19斷層（H=20～40 m），F(xiàn)19斷層破碎帶寬度約為8 m，破碎帶影響斷層前后15 m范圍，導(dǎo)致煤巖層頂板破碎，對(duì)巷道安全掘進(jìn)影響較大。巷道與斷層交匯情況如圖1所示。

圖1 15301回風(fēng)順槽與F19斷層交匯情況示意Fig.1 Intersection of 15301 return air roadway and F19 fault

15301回風(fēng)順槽與15303運(yùn)輸順槽平行施工，兩巷間距35 m。根據(jù)礦井生產(chǎn)安排，15301回風(fēng)順槽滯后15303運(yùn)輸順槽約2個(gè)月揭露F19斷層，在15303運(yùn)輸順槽巷道過(guò)斷層前通過(guò)超前探測(cè)，已掌握斷層具體分布位置，但由于對(duì)斷層產(chǎn)狀、地質(zhì)破碎帶巖體破碎程度等數(shù)據(jù)掌握不清楚，15301運(yùn)輸順槽在掘進(jìn)至距斷層位置12 m時(shí)，掘進(jìn)機(jī)截割后巷道頂板失穩(wěn)，出現(xiàn)輕度冒落問(wèn)題，如圖2所示。

圖2 15301運(yùn)輸順槽頂板冒落處支護(hù)示意Fig.2 Supporting instruction of roof caving position of 15301 transport roadway

分析15303運(yùn)輸順槽掘進(jìn)至斷層破碎帶時(shí)的施工情況，在過(guò)地質(zhì)構(gòu)造影響范圍時(shí)斷層破碎帶內(nèi)巷道圍巖在地質(zhì)作用下，巖體整體呈現(xiàn)不穩(wěn)定、層理紊亂、膠結(jié)度差的特性，現(xiàn)有支護(hù)體系及支護(hù)設(shè)計(jì)對(duì)巷道圍巖控制效果有限。因此在過(guò)斷層破碎帶期間需根據(jù)超前探測(cè)結(jié)果，提前采取有針對(duì)性的斷層破碎帶圍巖控制措施及支護(hù)設(shè)計(jì)，通過(guò)預(yù)注漿改善巷道頂板圍巖整體力學(xué)性能，提高圍巖的整體性及巷道支護(hù)強(qiáng)度，滿足巷道安全掘進(jìn)需要。

2 巷道過(guò)破碎帶圍巖支護(hù)技術(shù)

2.1 超前管棚密集挺頂及預(yù)注漿支護(hù)設(shè)計(jì)

F19斷層上、下盤(pán)附近15號(hào)煤層老頂為平均厚度8.7 m左右的中粒砂巖，硬度系數(shù)5～7；直接頂為膠結(jié)性較差的炭質(zhì)泥巖、粉砂巖及砂質(zhì)泥巖互層，平均厚度2.3 m，掘進(jìn)期間巷道頂板極易出現(xiàn)失穩(wěn)垮落。F19斷層破碎帶長(zhǎng)度8 m，破碎帶內(nèi)充填松散的礫石、炭質(zhì)泥巖等，內(nèi)無(wú)裂隙水源、不具備導(dǎo)水性。通過(guò)分析15303運(yùn)輸順槽過(guò)F19斷層施工情況及經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合15301回風(fēng)順槽實(shí)揭地質(zhì)資料，提出采用超前管棚密集挺頂及預(yù)注漿對(duì)頂板破碎帶進(jìn)行超前控制，然后采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)對(duì)巷道圍巖進(jìn)行加密支護(hù)的技術(shù)方案。通過(guò)采用超前管棚密集挺頂及預(yù)注漿的施工方法對(duì)頂板破碎巖體進(jìn)行控制，提高斷層破碎帶巖層穩(wěn)定性、膠結(jié)度及圍巖承載能力，降低頂板垮落的危險(xiǎn)性及圍巖變形下沉量。同時(shí)通過(guò)預(yù)注漿改善巷道頂板圍巖整體力學(xué)性能，為錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護(hù)創(chuàng)造基礎(chǔ)條件。超前管棚密集挺頂及預(yù)注漿支護(hù)設(shè)計(jì)方案如圖3所示。

圖3 超前管棚密集挺頂及預(yù)注漿支護(hù)設(shè)計(jì)Fig.3 Design of advanced pipe shed dense roof and pre-grouting support

15301回風(fēng)順槽過(guò)斷層破碎帶超前管棚支護(hù)使用φ40 mm一般焊接鋼管制作，鋼管長(zhǎng)度為2 m，鋼管全段打設(shè)直徑5 mm小孔，孔間距200 mm呈螺旋狀均勻布置，超前鋼管布置在巷道迎頭頂板上，鋼管傾角+30°，鋼管布置間距200 mm、排距1 200 mm。當(dāng)巷道掘進(jìn)至距斷層破碎帶位置5 m時(shí)開(kāi)始施工超前注漿鋼管，鋼管施工完成后外露長(zhǎng)度不超150 mm，不小于50 mm，之后在端頭安裝直徑40 mm或25 mm球形截止閥，并在眼口四周使用封孔膠封堵，確保注漿時(shí)漿液不泄露。注漿材料以水泥漿為主、水玻璃為輔，水泥使用425號(hào)普通硅酸鹽水泥，發(fā)現(xiàn)孔口或煤壁漏漿時(shí)使用水泥漿及水玻璃雙液漿，注漿時(shí)壓力始終保持在3～5 MPa，在持續(xù)10 min不吸漿的情況下，即可停機(jī)開(kāi)啟泄壓閥后更換注漿管。在每排超前管棚注漿完成后3 h內(nèi)，向前掘進(jìn)，掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺控制在0.8 m，巷道最大控頂距1 000 mm，最小空頂距200 mm。每一循環(huán)掘進(jìn)及臨時(shí)支護(hù)完成后，立即施工錨網(wǎng)索永久支護(hù)。

2.2 錨網(wǎng)索永久支護(hù)參數(shù)

15301回風(fēng)順槽巷道寬×高=5 m×3.5 m，矩形斷面。錨網(wǎng)支護(hù)采用φ22 mm×2 400 mm左旋無(wú)縱筋高強(qiáng)錨桿，錨桿間排距為800 mm×800 mm，蝶形托盤(pán)為200 mm×200 mm×10 mm，鋼筋網(wǎng)為φ6.5 mm×1 000 mm×2 000 mm，鋼筋網(wǎng)搭接長(zhǎng)度不小于100 mm[1]，采用14號(hào)雙股鐵絲雙排扣聯(lián)網(wǎng)，聯(lián)網(wǎng)間距不大于200 mm，錨桿配合W型鋼帶壓實(shí)鋼網(wǎng)。頂部錨索采用φ21.6 mm×8 200 mm強(qiáng)度1 860 MPa鋼絞線，間排距1 600 mm×1 600 mm，隨巷道掘進(jìn)打設(shè)；幫部錨索采用φ21.6 mm×6 500 mm強(qiáng)度1 860 MPa鋼絞線，間排距1 600 mm×800 mm，縱向安設(shè)鋼帶梁，錨索預(yù)緊力不小于35 MPa。錨網(wǎng)索支護(hù)完成后，對(duì)巷道進(jìn)行噴漿封閉，對(duì)巷道輪廓及錨網(wǎng)索支護(hù)體進(jìn)行噴漿覆蓋，噴射混凝土強(qiáng)度為C20、厚度100 mm，進(jìn)一步提高巷道整體完整性及支護(hù)強(qiáng)度，防止長(zhǎng)期裸露的風(fēng)化作用對(duì)圍巖及支護(hù)體產(chǎn)生的影響。錨網(wǎng)索永久支護(hù)如圖4所示。

圖4 錨網(wǎng)索永久支護(hù)設(shè)計(jì)Fig.4 Permanent support design of anchor net cable

3 斷層破碎帶支護(hù)設(shè)計(jì)效果分析

15301回風(fēng)順槽在過(guò)F19斷層破碎帶期間，掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺控制在800 mm，采用超前管棚密集挺頂及預(yù)注漿、錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護(hù)方式后，巷道過(guò)斷層期間未出現(xiàn)頂板失穩(wěn)冒落、片幫超挖等情況。同時(shí)在掘進(jìn)過(guò)后，分別在15301回風(fēng)順槽過(guò)斷層區(qū)域布置5個(gè)礦壓監(jiān)測(cè)站，并對(duì)巷道頂板上方巖體1、3、6 m位置巖層位移及下沉離層情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。通過(guò)3個(gè)月的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)，在斷層破碎帶上覆頂板巖層逐漸穩(wěn)定，在監(jiān)測(cè)至32 d后頂板巖體基本穩(wěn)定，5個(gè)監(jiān)測(cè)站顯示頂板下沉位移量分別為13.8、25.7、45.3、35.6、28.5 mm，頂板整體位移量在可控制范圍內(nèi)，無(wú)頂板失穩(wěn)及冒落跡象，支護(hù)效果良好。15301回風(fēng)順槽過(guò)斷層破碎帶區(qū)域礦壓監(jiān)測(cè)曲線如圖5所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)在15301回風(fēng)順槽過(guò)F19斷層破碎帶期間，根據(jù)相鄰巷道過(guò)斷層施工情況及礦井支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，采用超前管棚密集挺頂及預(yù)注漿后錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護(hù)的技術(shù)方案。該方案通過(guò)在掘進(jìn)迎頭布置間隔200 mm的密集管棚及注漿加固，同時(shí)使用錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護(hù)方式，對(duì)巷道圍巖進(jìn)行加密支護(hù)，有效控制了斷層破碎帶區(qū)域內(nèi)巷道頂板的穩(wěn)定性，為掘進(jìn)工作面過(guò)斷層破碎帶施工安全提供技術(shù)支撐，為后續(xù)同類型條件下過(guò)斷層破碎帶掘進(jìn)施工提供有效參考。