小屯矿断层区沿空留巷围岩稳定性分析及其控制

2013-08-16翟来军

中国煤炭工业 2013年10期

文/翟来军

文/翟来军

沿空留巷具有提高煤炭资源采出率、减少巷道掘进量、缓解采掘接替矛盾、实现Y型通风、治理瓦斯超限等优点，一直是煤炭开采技术的重要发展方向。但由于沿空留巷无法避免采动支承应力重新分布过程中的剧烈作用，巷道需要经受两次采动影响，矿压显现强烈，尤其是遇到断层、褶皱等地质构造，巷道围岩裂隙发育，破碎程度加剧，大大增加了巷道维护的难度。因此，对于地质构造复杂的工作面，能否有效控制和适应巷道围岩变形就成为应用沿空留巷技术的关键。为保障峰峰集团小屯矿92502综放工作面沿空留巷安全、快速通过落差为8m的断层，基于该工作面工程生产条件，本文具体分析了断层构造对沿空留巷稳定性的影响，制定并实施了一系列过断层措施和巷道支护优化方案，有效控制了此类巷道的失稳变形。

一、工作面概况

92502工作面地面标高+123.98m，底板标高-360m～-400m，煤层走向NE27°—NW73°，倾向NE，倾角5°～12°，平均为8°，煤层厚度3.9～4.9m，平均4.2m，煤层较稳定。

老顶为深灰色薄层状粉砂岩，微波状层理及水平层理，厚度5.04m；直接顶为薄层状细砂岩，微波状层理斜交层理发育，厚度为6.0m；直接底为深灰色薄层粉砂岩，夹细小砂质条带，微细水平层理及波状层理，厚度4.19m；老底为微薄层状细砂岩，断续水平层理，厚度2.34m。

工作面采用倾斜长壁轻型综采放顶煤后退式采煤法，割煤2.2m，放煤高度2.0m，工作面附近有F6正断层，走向NE40°，倾向SE，倾角50°，落差8m，如图1所示。

图1 92502综放面巷道布置图

二、断层对沿空留巷围岩稳定性的影响

1.F6断层使煤岩体的连续性受到破坏，节理裂隙和不连续面急剧增加，严重影响巷道围岩的抗拉强度、抗压强度、弹性模量、渗透系数等岩体物理力学参数，导致巷道围岩强度和自承能力迅速降低，同时受到工作面推进的剧烈采动影响，结构面更易“活化”，矿山压力显现严重，造成沿空留巷的支护结构承受更大的矿山压力。因此，更容易引发巷道变形失稳，增加巷道稳定性控制难度。

2.断层构造应力主要以水平应力为主，使得沿空留巷的围岩水平应力增加。原有的支护方案，对巷道顶板进行了重点支护，所以顶板受水平构造的应力影响较小。但是，底板的稳定性受水平构造应力影响严重，使得没有支护的巷道底板成为整个沿空留巷支护体系的最薄弱环节，导致巷道底板受压破坏，极易发生底鼓。

3.断层构造的切割破坏，使得矿井的水文地质条件复杂化，造成沿空留巷围岩的富水性增强，增加了沿空留巷的维护难度。

三、巷道支护及优化方案

92502沿空留巷采用柔模泵注混凝土巷道支护技术，如图2所示。顶锚杆采用Φ20×2000mm，呈矩形布置，间排距为750×800mm，安装两支CK2335型锚固剂，设计锚固力64kN，预紧扭矩不小于100N·m；顶锚索采用Φ=15.24mm的钢绞线锚索，长度为5000mm，呈五花型布置，顺巷道中心线布置3排，间距3.2m，排距1m，锚索安装五支锚固剂，一支CK2335，四支K2335，设计张拉力为260kN；帮锚杆采用Φ18× 1800mm左旋螺纹钢锚杆，间排距为650×800mm，呈矩形布置，每排4根，最上一根锚杆距顶板250mm，最下一根锚杆距底板300mm，安装一支CK2835型锚固剂；W钢带采用W-260-3-3600型，用厚3mm的钢板滚压而成，宽度260mm，其上有预留孔；支护结构为柔模泵注混凝土支护，由双层高强度布缝制而成，柔性模板长度2m，高3.1m，厚度1.2m，矩形。

图2 92502沿空留巷支护断面图

过断层前，提前对巷道补强支护，具体方案是：钢带段提前加打锚索，呈“三三三”布置，U钢段打设钢带锚索提前支护去掉U钢，每条钢带上打设5根锚索，巷帮补打锚杆；新打设锚索规格均为Φ18.92× 5000mm，要求锚固在坚硬的岩层上，每根锚索配备一支CK2335、四支K2335型树脂锚固剂；新打帮锚杆均采用Φ18×1800mm左旋等强无纵筋锚杆，间距650mm，每根锚杆配备两支CK2835型树脂锚固剂。

过断层时，溜子道从钢带段到U钢段下载15°坡，过断层需30m，钢带段巷道超高，巷高近4m，采取超前处理密摆木架。跌坡到U钢段，此段顶板破碎，巷道低洼处有水窝，巷道高度低，采取提前卧底，柔模高度改用2.7m；U钢段去掉U钢后，巷道支护为拱形钢带，在注模过程中，模体不易成型支护顶板，因此在注模前使用一面平木梁配合单体在柔模上架设，便于柔模支设。

四、沿空留巷过断层措施

1．溜子道先揭露断层，工作面煤壁离断层面20米超前处理段将出现超高钢带段和拱形钢带段。超前处理及下机窝顶板要铺设双网，塑料网倾斜铺设，沿走向对接，网边用联网绳每0.1m联一道，溜子道与下机窝接茬处网要连接使用，网头搭接不小于0.3m。

2．下机窝超前5m提前做好，下机窝随外推与溜子道坡度保持一致，避免出现台阶。下机窝与溜子道接茬及顶空处用长1.4m、厚度大于100mm的板梁摆架接顶。

3．超前处理要背顶摆木架，钢带超高段用长3.6m～4.0m，拱形钢带段用长3.0m～3.5m，直径不小于18cm的一面平木梁，平面朝上垂直溜子道两帮架设第一层，要求两梁头必须顶紧巷帮，保证长梁至底板高度在2.8m～2.9m，便于沿空留巷支设柔模。其上用长1.4m，中厚不小于100mm的板梁进行摆架，各层木架垂直交错摆设，形成连锁木架接实顶板。