回风顺槽过断层应力区支护工艺优化设计

费晋华

1 概述

巷道掘进过程中经常遇到断层等地质构造，受构造应力的影响施工巷道过断层期间会出现顶板破碎、局部冒顶现象，这不仅影响着施工巷道掘进效率，而且很容易引发煤矿重大安全事故。

山西煤炭进出口集团左云长春兴煤业有限公司位于左云县小京庄乡，大同煤田西南，井田面积为19 km2，矿井设计生产能力为2.40 Mt/a，矿井设计开采盘区为东盘区、南盘区和北盘区，盘区内现开采煤的层为石炭二叠纪22#煤层，煤层平均厚度为12 m。303回风顺槽位于井田南盘区，巷道设计长度为3029 m，巷道断面规格为宽×高=4.6 m×3.5 m，巷道从南盘区皮带巷开口并沿22#煤层底板平行掘进施工，巷道初步支护设计中顶板采用锚杆、锚索联合支护，巷帮采用单锚杆支护。截止目前303回风顺槽已掘进728 m。

图1 南盘区303工作面布置

303工作面地质资料显示，303回风顺槽以南存在一条正断层f11，该断层落差为0～30 m，倾角为50°～65°，断层延伸方向与303回风顺槽掘进方向一致，见图1。f11断层与303回风顺槽之间煤柱平均宽度为80 m，由于受该断层应力影响303回风顺槽掘进至620 m处时顶板出现局部破碎、靠近断层一侧巷帮片帮严重现象，特别随着巷道不断开拓延伸巷道顶板与巷帮之间三角煤柱难以预留，严重制约着施工巷道掘进效率，威胁着煤矿安全生产。为降低断层应力对巷道围岩的影响，综掘一队前期施工时在巷道施工永久支护的前提下架设普通工字钢棚，但是效果不佳。对此综掘一队通过技术例会进行探讨，决定采用加长锚杆、深孔注浆以及架设L型工字钢棚的方法对巷道顶板及巷帮进行加强支护，确保巷道施工安全。

2 深孔注浆+加长锚杆+架设L型工字钢梁联合支护方式

2.1 深孔注浆支护

由于受f11断层应力影响，303回风顺槽与断层之间煤岩体破碎严重，从用单一的锚杆支护无法加强破碎煤岩体的胶结稳定性，所以在巷道支护前必须保证破碎煤岩体具有一定胶结稳定性，通过研究决定对303回风顺槽靠近断层侧煤壁采用施工深孔并进行注浆，具体施工方法如下：

（1）当303回风顺槽施工至600 m处开始在靠近断层侧煤壁施工注浆钻孔，钻孔从顶板沿底板方向依次布置，每排布置三个钻孔，钻孔深度为20 m，直径为75 mm。

（2）每排钻孔与巷帮成60°夹角布置，钻孔间距为1.0 m，第一个钻孔距顶板间距为0.8 m，为加强顶板与巷帮之间三角煤柱胶结稳定每排第一个钻孔与顶板成45°夹角布置，303回风顺槽每掘进8 m施工一排注浆孔。

（3）注浆孔施工完后采用高压注浆泵向孔内注射凝固液，凝固液采用的是马丽散与催化剂一定比例的混合液，在注浆过程中发现凝固液从钻孔回流或煤壁有凝固液渗出时停止注浆并及时封孔。

2.2 加长锚杆支护

303回风顺槽巷帮原支护设计采用单锚杆支护，锚杆长度为2.0 m，而靠近断层侧巷帮受应力影响破碎严重，采用短锚杆支护效果不明显、支护质量差，通过研究决定采用加长锚杆配套圆钢托架进行断层侧煤壁支护，施工方法如下：

（1）原支护设计中303回风顺槽巷帮设计三排护帮，为确保支护安全可靠，通过优化后靠近断层侧煤壁施工四排护帮，锚杆间距为0.8 m，第一根锚杆距顶板间距为0.5 m，锚杆排距为1.5 m。

（2）优化设计后的巷帮锚杆采用加长左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆长度为3.5 m，直径为22 mm，每根锚杆配套三根锚固剂，一支MSKC23/35、两支MSK23/60型。

（3）当相邻三排锚杆施工完后第一排第一根锚杆、第三根锚杆与第二排第一根、第三根锚杆之间采用圆钢托架相连接，同时第二排第二根、第四根锚杆与第三排第二根、第四根锚杆同样采用圆钢托架相连接，圆钢托架长度为1.5 m，直径为18 mm，并成交错式布置。

图2 303回风顺槽架设L型钢棚断面

2.3 架设L型工字钢棚

原303回风顺槽过断层应力区时架设普通工字钢棚，但是该钢棚只是对顶板破碎区起到一定支护效果，但对顶板与巷帮之间三角煤柱无法支护，通过研究决定采用架设L型钢棚对顶板及三角煤住同时进行支护，施工方法如下：

（1）L型钢棚主要由底座、棚腿、L型顶梁及横梁组成，棚腿长度为3.5 m，横梁长度为1.5 m，棚腿和横梁主要由11#工字钢梁制成；L型顶梁两端长度分别为1.0 m，L型顶梁由宽度为120 mm，厚度为5 mm扁铁制成，L型顶梁两端各焊制一个直径为25 mm的圆孔。

（2）L型顶梁布置在应力区侧相邻两排护帮之间的三角煤柱处，顶梁布置后在顶板和巷帮处通过顶梁焊接的圆孔各施工一个长度为2.5 m螺纹钢锚杆将其固定。

（3）L型顶梁施工完后为确保顶梁安全稳定在其下方架设横梁，横梁与巷道平行布置，距巷帮为0.3 m，每根顶梁采用两根棚腿进行支撑，棚腿与顶梁之间采用卡缆固定，相邻棚腿之间采用两根防倒拉杆进行连接，见图3。

（4）当应力区所有L型钢棚架设完后，在棚腿与煤壁之间间隙处填塞长度1.5 m的水泥背板，水泥背板铺设后再对巷帮喷射混凝土。

图3 303回风顺槽断层应力区侧煤壁架设L型工字钢梁剖面

3 结语

山煤集团左云长春兴煤业公司综掘一队在施工303回风顺槽中，为确保施工巷道安全顺利通过断层应力区，采用注浆、施工加长锚杆及架设L型工字钢棚的方法对巷道加强支护，有效降低了巷道受断层应力的影响，提高了巷道成型率，彻底解决了应力区巷道煤壁及顶板出现破碎难以支护的难题。

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