5202回采巷道过断层掘进方案及支护技术研究

韩 伟

（大同煤矿集团同生树儿里煤业有限公司，山西 大同 037000）

随着开采地质条件的越发复杂，巷道在掘进过程中遇到断层的几率不断增加，严重影响着矿井的安全生产[1-2]。断层落差会影响掘进速率，也会给巷道的支护带来一定的困难[3-4]。同生树儿里煤业有限公司过断层后存在矿压显现剧烈的问题，采用超前锚杆预加固、大管棚超前支护虽然能取得一定的支护效果，但是在断层高集中应力的作用下单一的支护方式难以实现保证巷道稳定性的要求。因此，研究如何科学合理地过断层是巷道能否快速掘进的关键，在保证掘进速率的同时也要合理对过断层巷道进行联合支护，避免出现冒顶、片帮等安全事故。

1 工作面概况

同生树儿里煤业有限公司5202巷位于＋1280m水平302盘区皮带巷以北，西部距2202巷道140m，北部为井田边界，东部为302盘区皮、回联巷，邻近巷道对该巷掘进没有影响。巷道井下标高1217～1252m，5202巷布置于3#煤层，平均倾角7°，煤层厚度平均10.4m。5202巷掘至39m处遇到一条正断层，该断层面与5202巷斜交30°，倾角70°，落差2.2m，巷道局部超高达到4.7m，其位置布置示意图如图1所示。

图1 断层布置示意图

2 断层影响分析

断层将一个整体连续的板块切割成多个破碎的板块，断层切割的边界视为简支梁。根据断层在工作面外侧的不同切割情况分为五种情况下的支承状态：四边简支、三边固支一边简支、两临边固支两临边简支、两对边固支两对边简支、一边固支三边简支。当工作面推进到断层区域，特别是支承压力高峰区域与断层断裂线高应力区域的叠加区域，巷道支护困难[5-6]。

断层切割顶板后工作面视为简支边界，简支边界解除了周边的约束，失去了传递力的作用。当工作面推进到断裂线位置时，顶板岩层施加在工作面与断层间煤柱重力明显加剧，容易形成高应力集中，顶板的断裂速度加快，垮落步距减小，容易发生矿压显现现象，因此，对过断层巷道的支护提出了新的挑战。

3 巷道过断层方案

由于5202巷掘进所遇断层为正断层，断层面沿巷道掘进方向一侧煤层上移，决定采用后退挑顶的方案过该断层。距断层面5m处开始挑顶施工，施工角度为8°，直到遇到煤层底板时，再沿着煤层底板施工。施工示意图如图2所示。

图2 后退挑顶法示意图

5202巷过断层掘进采用深孔爆破+综掘机相结合的方式，巷道掘进下半部分采用爆破的方式破岩，尽量“多打眼，少装药”，减小由于爆破作用增加断层附近巷道顶板的破碎程度；上半部分采用综掘机掘进破岩。采用该种方法巷道掘进10m后便可以沿煤层底板掘进，不用再采用爆破破岩。

4 巷道过断层支护技术研究

4.1 超前支护

5202巷掘进断层前2～3m附近，受断层的影响巷道顶板出现破碎，需要超前采用锚网索支护方式加强支护，提高巷道的稳定性。在巷道过断层前10m处，减小锚网锚索的间排距，增加支护强度。

（1） 锚杆支护规格

顶板锚杆采用Φ20×2200mm高强螺纹钢锚杆，帮部锚杆采用Φ18×2200mm左旋螺纹钢锚杆。锚杆间排距为800mm，树脂药卷采用符合煤炭行业标准MT146.1-2002的Φ23×500mm树脂锚固剂，每根锚杆1块药卷。

（2）锚网支护规格

要全断面挂网，网间搭接100mm，用14#铁丝联网间距为：每隔一孔联一扣。

（3）锚索支护规格

锚索使用Φ18.9mm的钢绞线制作，长度为6500mm，间距为1600mm。树脂药卷采用符合煤炭行业标准MT146.1-2002的Φ23×500mm树脂锚固剂，每根锚索3块药卷。支护材料参数如表1所示，支护示意图如图3所示。

表1 巷道支护参数表

图3 巷道支护布置示意图

4.2 注浆加固

注浆液选用水泥单浆液，水泥为52.5普通硅酸盐水泥，W/C=0.45～0.5，并掺加少量复合早强高效减水剂，提高浆液的流动性及和易性。注浆开始应缓慢升压，正常为0.5～1.0MPa，终压为2.0MPa。当观测围岩相对位移达到30mm时，表明围岩1.5m范围内已产生了松动裂隙，此时注浆为最佳时机，其浆液有效扩散范围将达到2m左右。注浆孔深6m，孔径45mm，间距1.2m，排距1.4m。

4.3 架钢棚支护

5202巷从33m处开始向工作面迎头全部架设钢棚，间距1000mm。梯形断面，顶净宽3800mm，底净宽4000mm，净高3300mm，净断面12.87m2。每架钢棚采用1根棚梁和2根棚腿组成，棚梁和棚腿均采用11#矿用工字钢，棚距1000mm。棚与棚之间采用6根连接杆连接，棚梁2根，两个棚腿分别2根，连接杆采用Φ16×1160mm的圆钢制作，杆套采用长度100mm的Φ20mm钢管制作。棚梁长度4100mm，棚腿高度3300mm。棚梁焊接卡块固定棚腿，棚腿上端采用长度100mm的12#槽钢焊接，棚腿底采用200×200×16mm的钢板焊接。

5202巷架钢棚支护过程中，为了提高支护强度，应当结合超前锚索加固顶板，避免断层处高集中应力造成冒顶事故，加强顶板的稳定性。其支护示意图如图4所示。

图4 巷道架钢棚支护示意图

5 支护效果

采用顶板离层动态仪对巷道顶板离层量进行观测。分别在巷道过断层前后各5m设置两个观测点，开始先连续观察5d，然后再每隔5d进行观测一次，得到观察点数据随时间变化图如图5所示。

图5 顶板离层下沉量

由图5可知，1～10d巷道顶板离层量随着时间变化逐渐增加，且增大速度快；10d以后，巷道顶板离层量逐渐稳定，观察点1和观察点2分别稳定在11m和10mm后顶板离层量不再变化。根据监测结果可知，巷道顶板离层最大变化量小于理论应当变化的最大值，表明巷道过断层区域支护取得了良好的效果，可以有效维护顶板的稳定性。

6 结论

5202巷过断层前分析了正断层对巷道顶板的影响，采用后退挑顶的方案过断层，采用深孔爆破+综掘机相结合的方式掘进，过断层后采用锚网索、注浆加固、架钢棚的支护方式加强巷道过断层区域的顶板支护。顶板离层量监测结果表明支护取得了良好的效果，有效地提高了顶板的强度，保证了巷道的稳定性。