巷道过断层破碎带支护方法实践

武志龙

（山西西山煤电股份有限公司西曲矿，山西 太原 030200）

在工作面回采巷道掘进过程中会经常穿过一些褶皱、断层等地质构造带，这些地质构造的存在，其影响范围内煤岩体会有不同程度的破碎，当巷道穿过煤岩体破碎区域时可能出现冒顶等问题。据相关资料显示，冒顶作为井下最常见的顶板事故，约占矿井事故的40%以上，而掘进冒顶事故约占矿井冒顶事故的70%以上。因此，如何过围岩破碎带是确保巷道安全高效掘进的重要基础[1-5]。近年来，随着巷道掘进支护技术的发展，管棚支护的应用有力的保障了巷道穿越围岩破碎带，但是管棚施工繁琐，劳动强度大，不利于高效掘进。西曲矿81404工作面回风巷在掘进施工过程中，揭露一条落差2.4 m的F1正断层，断层附近岩体破碎严重，经过现场研究，放弃了管棚支护，在注浆加固的基础上通过实施“锚网索+W钢带+矿工钢+水泥背板” 联合支护，有效的保证了回风巷的安全高效掘进。

1 工程概况

81404工作面所采煤层为8#煤层，煤层均厚3.2 m，煤层倾角平均为4.2°，煤层埋深平均为516 m，煤层坚固性系数f=0.2～0.5，煤层发育不稳定。8#煤层伪顶为厚0.3 m 的泥岩，直接顶为均厚2.6 m 的石灰岩，基本顶为均厚4.5 m 的粗粒砂岩，底板为均厚3.7 m 的炭质泥岩和细粒砂岩。81404 工作面回风巷设计长度为1700 m，断面规格（高×宽）为3200 mm×5000 mm，回风巷在掘进施工过程中揭露一条落差为2.4 m 的F1正断层，断层附近煤岩体破碎严重，给掘进施工带来较大影响。

2 过断层破碎带支护实践

81404工作面回风巷掘进过F1断层破碎带预计走向影响范围可达30余米，在借鉴兄弟矿井过断层破碎带经验的基础上，结合81404工作面回风巷断层实际情况，决定对破碎围岩进行预注浆加固，然后实施“锚网索+W钢带+矿工钢+水泥背板”对该段巷道进行联合支护。

2.1 破碎带围岩注浆加固

在综合比对水泥浆、波雷因和玛丽散等煤矿常用注浆材料的优缺点的基础上，决定采用波雷因作为81404工作面过F1断层的注浆加固材料。波雷因属于高效改性聚亚胺树脂注浆材料，为水溶性A、B两液型加固材料，其中A液成分主要是多异氰酸酯和羟基化合物，B液为催化剂、助溶剂、发泡剂等化合物。波雷因的两种液体混合后可以快速经裂隙进入破碎围岩深部并发生化学反应，促使破碎的岩体粘结在一起，达到围岩加固的作用。研究表明，通过波雷因加固材料的应用，可以将破碎围岩的强度由6.1 MPa提高至21 MPa以上，围岩强度提高340%以上；可将破碎煤体强度由2.5 MPa提高至6.9 MPa，强度提高270%以上。

在81404工作面回风巷掘进遇到断层时暂时停止掘进，在断层处顶板上施工孔径为42 mm、仰角为10°的3个注浆钻孔，注浆钻孔孔深设计为8 m，3个钻孔位置分别为沿中线布置1个，在距离巷帮0.5 m处各布置一个，其中两侧钻孔与巷帮呈45°布置。钻孔布置结束后，采用QB-25型高压双液注浆泵将波雷因A液和B液按照1∶1的比例混合后注入钻孔，要求注浆钻孔封孔长度不低于0.5 m，待浆液从煤壁渗出或者注不进去方可停止注浆。回风巷注浆加固后，每掘进施工1 m，再重新布置1排钻孔3个钻孔，即注浆钻孔排距为1 m。注浆钻孔布置见图1。

2.2 支护方案的确定

采用波雷因对破碎围岩加固后，采用“锚网索+W钢带+矿工钢+水泥背板” 对巷道进行联合支护。顶板锚索采用规格为Φ21 mm×10000 mm的钢绞绳，锚索间排距为1800 mm×2000 mm，锚索预紧力要求不低于170 kN；顶锚杆和帮锚杆均选用Φ22 mm×2500 mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距为900 mm×1000 mm，锚杆锚固力要求不低于200 N·m；工作面打完锚杆和锚索后，沿顶板架设11#矿工梯形棚，顶梁采用5 m长的11#矿工钢，棚腿采用3.1 m的11#矿工钢，梯形棚与巷帮接触处采用规格（长×宽）为1200 mm×300 mm的水泥背板背实，梯型棚排距为1 m，相邻棚子之间采用连杆进行连锁，水泥背板必须上下、左右对接严实，以提高梯形棚的稳定性；为了防止梯形棚变形和棚腿因巷道收敛变形出现憋出，再距离顶板和底板1.2 m处施工锁腿锚杆，即再在棚腿两侧施工锚杆，然后采用卡栏将棚腿抱箍在巷帮上。

图1 81404工作面回风巷过断层联合支护参数

3 支护效果分析

对81404工作面F1断层影响区域破碎顶板进行注浆加固后，顶板岩体的完整性和强度得到了显著提升，在掘进施工和支护作业过程中未出现明显的顶板冒漏现象。对顶板取样分析发现，采用波雷因进行顶板加固后，波雷因A、B液在混合后能够快速渗入到破裂岩体内部并迅速凝结，将破碎的岩体粘结形成具有一定强度的整体。通过采用“锚网索+W钢带+矿工钢+水泥背板”联合支护的实施，巷道围岩能够在“锚网索”和矿工钢梯形棚的双重作用下得到控制，该支护的优点是在顶板注浆加固后充分发挥“锚网索”的主动支护作用和梯形棚的被动支护作用，给予顶板及时有效和强大的支护力，确保巷道围岩变形控制在一定范围。通过该支护方案的实施，F1断层破碎带每天可进尺4 m，相比于非破碎带普通支护条件下降低1 m/天，通过该破碎带共计8天。通过对该段巷道变形收敛量观测可知，掘进施工30天后，巷道顶底板累计收敛312 mm，两帮累计收敛345 mm，分别为设计断面的7.4%和6.9%，巷道收敛变形较小，达到了预期支护效果。

4 结语

西曲矿81404工作面回风巷在掘进施工过程中遇到因F1断层形成的破碎带，出现顶板冒漏、巷帮失稳倾向，严重的阻碍了该巷道的正常施工作业。通过借鉴其他矿井支护经验，基于巷道实际，先采用波雷因进行顶板预注浆加固，然后采用“锚网索+W钢带+矿工钢+水泥背板”联合支护，有效的提高了巷道顶板的完整性和强度，保证了巷道掘施工速度和安全性，实现了巷道收敛变形在可控范围，取得了较好的经济和社会效益。