深井高应力大断面煤巷过断层掘进支护技术研究

范仕清 柏发松 李宏亮

（淮沪煤电有限公司丁集煤矿，安徽 凤台 232142）

过复杂断层构造带是煤矿回采巷道掘进面临的重要难题之一，因断层构造带在拉张或挤压作用下，断层区域内岩石裂隙异常发育，构造应力集中，岩层泥化软化程度较高，局部富水性较强，给巷道安全掘进带来较大威胁[1-2]。目前，淮南矿区多数矿井煤巷掘进仍采用较为单一的锚网索支护形式，在过断层异常带时，因其支护结构及力学特性难以满足地质异常带巷道围岩特性，往往在巷道掘进一段时间后，围岩结构失稳，帮顶产生较大破坏，需要进行二次巷修。

本文针对丁集矿东翼采区1521（3）轨顺过落差10～15m的SF271断层的工程实际，提出采用顶板预注浆、超前锚杆护顶后架棚、二次注浆补强加固的联合支护技术，较好地解决了过断层异常带巷道围岩控制问题[3-4]。

1 工程地质条件

丁集矿1521（3）轨顺位于东三采区，设计全长2628.4m，煤层底板标高为-538.6～ -730m，巷道北侧为5F-72（H=5～35m）断层。该工作面西北侧的1511（3）工作面（东三采区首采面）已收作，预计拨门施工973.5m揭露落差10～15m正断层SF271。揭露断层前，巷道以16～18°上山跟13-1煤顶板施工，采用锚网索支护断面为18.7m2，架棚支护断面为19.42m2。根据地测科前探钻孔资料分析，SF271正断层产状：SF271:271°∠50°，落差H=10～15m，巷道过断层剖面图如图1所示。

断层破碎带因煤岩层在拉张或挤压作用下，破碎带内岩体裂隙发育，自稳性差，巷道掘进支护过程中遇到的三类风险[5]，主要表现为：掘进面突水，煤与瓦斯突出（高值瓦斯超限），片帮冒顶。

图1 巷道过SF271断层剖面图

2 过断层掘进支护技术

2.1 过断层掘进时的安全措施

（1）前探钻孔掩护施工。过断层期间，必须在前探钻孔的掩护下掘进施工。前探钻孔施工后必须使用炮泥封堵严实。巷道揭露断层后可不再执行前探钻孔，若迎头无锚杆（索）孔时，仰角探眼正常执行。

（2）探放水及排水。为防止过断层施工期间断层带掘进施工出现压力水，掘进施工前，施工探放水孔进行探放水。同时，迎头后方设置专用探放水排水站，排水站设置水泱、排水泵，一用一备，排水管距迎头不大于20m，排水点处排水接口不少于2个，掘进期间加强管理，确保排水管路、闸阀完好、畅通。

（3）通风及瓦斯管理。过断层期间，加强“一通三防”管理工作，通风区要设专职瓦检员，严格加强瓦斯检查及风筒、探头的管理，风筒接头要严密，严禁跑漏风，双路风筒其中一路距迎头工作面不得超过5m，另一路距迎头工作面不得超过20m，必须保证足够的风量。迎头常备足量包括化学浆等应急材料，如遇瓦斯涌出地点，应及时喷注浆封闭。

（4）上山施工迎脸防护管理。巷道以16～18°上山跟13-1煤顶板施工，在断层破碎带施工或巷道帮顶岩体破碎存在片冒威胁时，在完成棚梁架设，腰背严实后，及时安装迎脸防护。先施工锚网防护顶板向下2m左右高度的迎脸，采用3～6片 Φ6×1800×1000mm 钢筋网，网片采用Φ20×2000mm玻璃钢点锚杆固定，锚杆间排距1000×1000mm左右。

2.2 过断层破碎带支护技术

（1）顶板预注浆强化破碎围岩。部分地质前探孔排出大量裂隙水后疏干，地质前探孔岩性分析发现，SF271断层破碎带影响范围较大，成分主要由砂泥岩、泥岩和煤构成，受裂隙水影响，破碎且松软，结构性较差，采用传统的支护形式极易发生冒顶片帮事故。

为保证过断层破碎带期间的顶板安全管理，根据顶板构造和岩性特征，在迎头向后3m在顶板巷中及肩窝布置3个注浆孔，孔深5m，化学浆选用加固效果较好的久米纳加固型浆液。

（2）超前撞楔掩护下架棚支护。过断层期间，尤其断层破碎带巷道顶帮岩性差、破碎，无法采用锚网索支护时，及时采用架29U型棚架棚支护。U型棚规格：净宽×净高=5200×4050mm，棚距700mm。架棚施工时，施工长度不低于2800mm的Φ25mm撞楔进行超前支护。撞楔间距不得大于300mm，数量不得少于12根；顶板岩石不易控制时，撞楔间距不大于200mm，撞楔布置见图2。

图2 架棚施工撞楔布置图

锚网支护改架棚支护时，巷道需要架设5棚“外锚内架”联合支护。

（3）二次补注浆强化围岩。SF271断层及前后地质构造异常带掘进施工后，及时对巷道帮顶支护体和顶板来压情况巡查。巷道局部顶板淋水段、岩性破碎严重段进行注化学浆补强加固，化学浆选用久米纳加固型化学材料。

3 矿压观测及效果评价

1521（3）轨顺采用“预注浆+超前撞楔掩护架棚+二次补注浆”的全断面一次过断层联合支护技术，以16～18°上山施工至SF5点前56m揭煤施工结束，共计联合支护85m。在巷道掘进期间设置5组矿压观测站，采用十字布点法对巷道围岩变形量进行观测。巷道顶底板及两帮位移量观测结果，如图3、图4所示。

经过近2个月的矿压观测表明，围岩变形量于30日开始趋于稳定，顶底板位移量和两帮移近量最终分别达到最大值160mm、80mm，矿压观测表明，采用“预注浆+超前撞楔掩护架棚+二次补注浆”的支护形式较好地提高了断层区域的巷道围岩稳定性，控制住巷道围岩的变形量。

图3 巷道顶底板移近量

图4 巷道两帮移近量

4 结 语

丁集矿1521（3）轨顺上山施工以前探钻孔掩护、探放水、通风及瓦斯管理、上山施工迎脸防护等综合掘进施工方法，在确保安全的前提下顺利通过SF271破碎带。采用“预注浆+超前撞楔掩护架棚+二次补注浆”的联合支护技术，能够强化巷道围岩，解决断层破碎带内巷道难以支护的问题。矿压观测表明巷道围岩能够满足实际生产需要，为上山巷道过断层掘进支护提供一种新的实践。