树儿里矿2204 巷掘进过断层围岩控制研究

武 辉

（大同煤矿集团同生树儿里煤业有限公司，山西 大同 037100）

断层是煤炭开采时常遇地质构造，回采巷道在掘进过断层期间，受断层破坏带影响围岩支护条件变差，容易出现顶板冒落，给巷道围岩控制带来一定影响[1-3]。在巷道过断层时需要根据围岩变化情况及时调整围岩控制方案[4]。以树儿里矿2204 巷掘过F39、F40 正断层为例，对巷道过断层期间的围岩控制技术措施进行归纳总结。

1 概况

树儿里煤矿可采煤层为3#煤层，3#煤层东北-西南走向，倾向东南，平均埋深210 m，北高南低，煤层倾角7°，厚度11.8 m，硬度（f 值）3～4。直接顶为2.26～5.29 m 的砂质泥岩，基本顶为9.1 m 的砂岩，直接底为1.35～3.25 m 的细砂岩。

2204 巷长度483.6 m，周边均为实体煤，沿煤层底板掘进，矩形断面（掘宽× 掘高=5200×3300 mm）。采用综掘，破煤用EBZ-260综掘机，运煤用DSJ80/2×55 胶带。正常条件下支护采用锚网索+钢带。现2204 巷已掘至150 m处，预计在160 m、188 m 位置分别揭露F39 正断层（H=1.2 m，135°∠50°）、F40 正断层（H=2.0 m，35°∠53°）。为了确保巷道过断层安全，原设计采用组合锚索和锚索吊挂工字钢补强支护措施来控制围岩变形。

2 断层对围岩控制影响分析

2204 巷道掘进至F39、F40 断层附近时，地应力分布关系见图1。其中：最大主应力（σ1）为垂向，中间主应力（σ2）平行断层走向，最小主应力（σ3）与断层面垂直。

2204 巷由断层上盘进入到下盘，在掘进中底板最先受断层影响，破碎程度增加，在最大垂向应力及水平应力同时作用下，底板会出现底鼓；掘进过破碎带时，顶板破碎且垂向应力直接作用下顶板，巷道顶、底板及巷帮均表现出较大变形；当通过破碎带后，巷道底板为砂岩，其余为煤层，砂岩强度显著高于煤层，在垂向应力作用下围岩变形以顶板沉、巷帮收敛为主，底鼓量保持在低位。由于巷道底板为砂岩，顶板及巷帮为煤层，因此应针对上述特征进行强顶板支护。

通过分析，断层对巷道掘进造成的影响归结起来有以下几点：

（1）断层造成煤岩层错位，扰乱巷道原有的设计布局。同时断层会降低附近煤体稳定性，给后续的煤炭生产带来影响，最主要的是煤体中矸石含量增加。

（2）由于断层活化显著，扰乱矿压正常分布，给围岩控制带来不利影响。

（3）断层作用引起的破碎带容易引起顶板冒落，给巷道掘进及支护工作正常开展带来不利影响。若2204 巷出现冒落，由于煤层厚度较大，冒落问题难以处理。

（4）在巷道过断层期间，需要根据实际地质条件选择合适的围岩控制措施，提升巷道掘进及支护安全系数。

3 围岩控制技术方案

3.1 缩小巷道断面

为了确保巷道安全、平稳通过断层，降低掘进对围岩影响，2204 巷从掘进155 m位置（即与断层相距5 m）开始变更巷道断面和支护形式。在保证巷道掘进、运输以及通风不受影响前提下，将巷高由3300 mm 降低至3000 mm，巷宽保持不变，掘进断面由17.16 m2缩小至15.6 m2。

3.2 巷道补强支护

3.2.1 顶板强化支护

（1）顶板正常支护

锚杆为Ф22×2 000 mm 螺纹钢，间排距为1000×1000 mm，每排7 根，角锚杆距相邻锚杆600 mm，采用钢质托盘（130×130×10 mm），除两侧角锚杆外斜15°外，其余锚杆均垂直顶板，配套采用4300×250×3 mm 的五眼钢带。金属网（规格5800×1 200 mm）用8#镀锌铅丝编制，网孔50×50 mm，网片长边垂直于巷道掘进方向布置。

（2）过F39 正断层时补强支护

采用Ф17.8×10300 mm 的钢绞线，间排距1300×2000 mm，每排3 组，每组3 根锚索，采用钢质托盘（500×500×16 mm），锚索在两钢带间均匀布置。采用11#矿用工字钢加强支护，3 根锚索吊挂1 根工字钢，工字钢长度4500 mm，眼距1500 mm，工字钢布置在两排钢带间，与组合锚索交错布置，工字钢与组合锚索距离为1000 mm。支护设计见图2。

图2 过F39 正断层时补强支护设计

（3）过F40 正断层时补强支护

采用Ф17.8×10300 mm 的钢绞线，间排距2000×2000 mm，每排2 组，每组3 根锚索，采用钢质托盘（500×500×16 mm），锚索布置在两排钢带间。支护设计见图3。

3.2.2 两帮强化支护

巷帮用Ф18×2000 mm 螺纹钢锚杆，间排距1000×1000 mm，每排2 根，上边锚杆距顶600 mm，与水平线呈15°上斜布置，其余均与煤壁垂直。托盘采用450×280×4 mm 的W 短节钢带，垫片板110×110×8 mm。巷帮支护设计见图4。采用的护帮金属网应紧跟掘进面铺设，以便减小空帮距离。

图3 过F40 正断层时补强支护设计

图4 巷帮支护设计示意图

3.3 施工技术要求

（1）中线与巷帮间距离、锚杆（索）间排距偏差均应控制在100 mm 以内。

（2）锚杆、锚索采用锚固剂锚固时时间控制应满足表1 要求。

表1 锚固剂锚固时时间控制要求

（3）锚杆、锚索外露长度分别10～50 mm、150～250 mm。

（4）托板必须与顶或帮紧贴，应横竖成排。

（5）锚杆、锚索锚固力、拉拔力以及预紧力要求见表2。

表2 锚杆、锚索支护时预应力要求

（6）金属网搭接长度≥200 mm，连接采用14#铁丝，铁丝间距≤100 mm，排距≤200 mm，呈三花布置，扭结不少于3 圈。两网要相互对齐，顶网采用钢带压住搭接处。网片拉紧并紧贴顶帮。

（7）失效的锚杆在其旁边200 mm 处补打，并达到支护质量要求。

4 围岩控制效果分析

在巷道掘进过F39 断层1 m 处及掘进161 m 位置对围岩变形量进行监测，监测结果见图5。

从图中可以看出，采用强顶板支护措施后，巷道掘进穿过F39 断层11 d 后围岩变形逐渐趋于稳定，巷帮及顶底板最大变形量分别为65 mm、85 mm；支护30 d 后，巷帮及顶底板最大变形量分别为66 mm、86 mm。掘进期间巷道顶板未出现冒顶倾向，表明采取的围岩控制措施可以提升巷道围岩完整性，确保巷道使用安全。

图5 巷道围岩变形监测结果

5 总结

通过分析2204 巷围岩特征、断层对巷道掘进及围岩控制造成的影响，提出强顶板支护的围岩控制方案。

现场应用表明，采取强化顶板支护方案后，巷道过断层11 d 时巷帮及顶底板最大变形量分别为65 mm、85 mm；过断层30 d 后，巷帮及顶底板最大变形量分别为66 mm、86 mm，围岩控制效果达到预期。