邹庄煤矿87采区大巷过断层支护技术研究

文/林卫国（淮北矿业股份有限公司）

断层破碎区作为一种十分常见的地质构造，具有强度低、易透水等特性。当断层破碎区落差很大时会直接与含水层导通或相连，巷道掘进时极易发生突水事故，严重时甚至会导致淹井。且断层破碎区内岩石破碎，强度低，巷道支护难度大，给巷道围岩控制带来困难[1,2]。

邹庄煤矿87 采区大巷在施工过程前方遇到F25 大断层，断层破碎区内岩石破碎，严重影响巷道掘进及支护，且断层上盘太灰含水层与煤层顶底板地层“对接”或使太灰堆覆于煤层之上，井下巷道掘进或回采时存在突水隐患，亟需对F25 断层进行治理，消除突水隐患，并保障主体巷道顺利通过。

采用地面预注浆，注浆压力高，浆液可以进入岩体细小裂隙，注浆效果更好，适用于含水层厚度大或者含水层多而分散的地层；且地面预注浆深度可超过1000m，注浆工艺完善，设备配套，且堵水效果好。地面预注浆占用建井工期少，不影响正常的采掘交替，大大改善了施工条件，加快了施工速度，提高了施工质量[3-5]。

一、工程概况

87 采区位于邹庄煤矿井田西部，南坪断层与F25 断层所夹持的狭长断块内，平面上大致呈南北向的条带状分布。总体构造形态为一较宽缓的走向西北、倾向东北的单斜构造，采区北部地层走向、倾向变化较大，且次级褶曲较发育。采区内断层较为发育，大部分断层走向为北东、东西向，多为南坪断层、F25 断层派生中小型断层。

87 轨道石门是87 采区主体巷道，主要穿过F25 断层，F25 断层位于87 采区东部，为逆掩推覆断层，上下盘层位叠置现象严重，走向NNE，倾向SEE，倾角变化范围40°～50°。在煤层中延展长度为4932～5175m，最大断距＞1000m，属查明断层。

87 采区内岩性均以泥岩为主，其次为粉砂岩和砂岩。泥岩岩体质量一般为中等，属不稳定～中等型；粉砂岩岩体质量为中等，属中等～稳定型；砂岩岩体质量为中等～良，岩性致密坚硬、强度高不易垮落，属稳定型。但F25 断层内岩性混杂，以泥岩为主，粉砂岩、砂岩次之，挤压揉皱现象比较明显。

二、地面预注浆方案设计

1.方案设计原则

通过对87 采区主体巷道F25 断层上盘太灰含水层及F25 断层进行地面预注浆加固，使得断层破碎区巷道实现空间上的立体注浆效果，注浆段以内的破碎岩石胶结形成整体，从而加强围岩本身的抗弯能力和承载能力。

2.注浆孔设计

布置地面定向多分支钻孔，设计一个钻孔单元，包括一个主孔、5 个分支孔，根据施工情况预留2 个机动检查加固孔。主孔以探查层位及构造带位置为主，并初步查明注浆区域的水文地质条件。各分支孔针对各具体设计巷道位置进行预注浆加固，尽量保持以顺巷道钻进，控制钻孔轨迹进入巷道设计标高“着陆”，并沿设计巷道延伸过F25 断层带约60m，对巷道穿越F25 断层带两侧一定范围进行预注浆加固，改良巷道穿越F25 断层破碎带区域的工程地质条件。

3.注浆参数设计

已知太灰正常水位0 m 左右，巷道标高-700～-820m，则太灰静水压力约7～8.2MPa。结合注浆设备耐压能力，本次选取注浆终止孔压为10～12MPa，加上700～800m 浆柱压力约9MPa，总压力可达20MPa。根据注前压水试验成果，注浆总体上遵循先稀后稠（1.2～1.6）的原则，用不同水灰比的浆液分别去适应各种不同宽度的裂隙，同时根据注浆过程中的压力变化灵活调整水灰比。鉴于压水初始孔压高的特征，本次基本采用1.2 稀浆注浆，仅在完钻联注带封后期阶段，逐渐加大水灰比至1.6 封孔。

4.注浆结束标准

据以往注浆经验，当注浆压力为静水压力的2～2.5倍、持续15～30min 时，可认为受注层段注浆已达到压力结束标准，本次终止孔口压力为10～12MPa。当注浆终压达到结束标准后，应逐次换档降低泵量，直至泵量不大于60L/min，并维持30min。注浆后，计算单位吸水率不大于0.01L/min·m·m 时，即可认为受注层段达到单位吸水率注浆结束标准。以上两项标准须同时满足，即可认为该次注浆达到结束标准。

三、注浆效果检测

注浆后经压水试验获得太灰和F25 断层带单位吸水率降至 0.0001～0.0003L/min·m·m，平均 0.0002 L/min·m·m，注浆后单位吸水率降低明显，平均降低了83.5%，表明F25 断层带裂隙不发育，含水性弱，导水性差，地面预注浆取得了良好的效果。

注浆结束后通过井下超前探查来验证地面预注浆注浆效果，在巷道距F25 断层带法距30m 时施工，施工探查钻孔。超前探查平面布置示意图如图1所示。

图1 巷道超前探查平面布置示意图

根据超前探查分析，断层破碎区内水泥填充效果良好，岩体越破碎，浆液填充越明显。在断层破碎区中心段浆液充填明显，表明断层中心区域裂隙发育，围岩被浆液有效充填而胶结。可见，地面预注浆效果良好，实现了断层破碎区内的围岩改性，使得断层破碎区内的破碎岩体胶结形成完整岩体，从而加强了围岩本身的抗弯能力和承载能力。

四、巷道支护方案设计

1.巷道支护方案

由于地面预注浆注浆效果良好，断层破碎区内围岩完整，承载能力较好，故采用全螺纹高强锚杆、锚索进行支护，锚杆采用规格为φ22mm×2600mm 的左旋全螺纹高强锚杆，间排距为800mm×800mm；锚索规格为φ17.8mm×6200mm，在顶板布置3 根锚索，锚索间排距为2000mm×2400mm。巷道全断面支护图如图2所示。

2.巷道支护效果监测

为了监测设计支护方案效果，在87 采区大巷中布设表面位移观测断面监测巷道变形。观测曲线如图3所示。

由围岩表面位移图中可以看出在观测期内观测点处两帮移近量为87mm，顶底板移近量为175mm。巷道施工完成30 天后巷道变形量开始收敛。从观测结果中可以看到，支护后巷道变形明显减小，变形速度得到有效控制，很好地维护了巷道的稳定，为安全高效生产提供了有力的保障。

图2 巷道全断面支护图

图3 巷道围岩表面位移变化曲线

五、结论

通过对邹庄煤矿87 采区断层破碎区进行地面预注浆支护，既缩短了工期，增加了堵水效果，消除了巷道掘进过程中遇到的突涌水隐患，又使得断层破碎区内的破碎岩体胶结形成完整岩体，实现了断层破碎区内的围岩改性，从而加强了围岩本身的抗弯能力和承载能力，为矿井的安全高效生产提供了有力保障。