地质构造带大断面巷道支护技术的应用

王俊波，李 伟

（1.山西汾西正佳煤业有限责任公司，山西 隰县 041399；2.山西汾西矿业两渡煤业公司，山西 灵石 031302）

随着我国煤矿现代化、智能化、高效化矿井建设，矿井开采规模不断扩大，机械设备越来越庞大，巷道断面越来越大，断面支护要求越来越高。 针对井下大断面巷道顶板下沉、两帮变形、底板底鼓等现象，现结合两渡煤矿二采区集中轨道巷地质构造段采用不同的联合支护形式，进行支护技术分析。

1 巷道基本情况

两渡煤矿二采区东以椒仲大断层为界，西临一采区，为下山双翼采区。 二采区布置有集中轨道巷、集中运输巷和集中回风巷，设计辅助运输采用无轨胶轮车运输，主要为二、三采区辅助运输服务，采区集中巷道位于9、10号煤中，坡度2°～10°，采用直墙半圆拱型断面设计，净宽6.0 m，墙2.0 m，净断面积26.1 m2，掘进断面积28.2 m2。 矿井地质水文情况为中等—复杂。 二采区附近的主要构造有大中型断层和地质褶曲， 已探明的大断层有F3、F99、F88、F131及F150， 附近断层运动牵引从而形成地层上的褶曲。 局部受大中小构造断裂影响，地层产状结构变化大，煤、岩层产生裂隙、滑面并持续发育，导致围岩抗压强度降低、巷道揭露的煤、岩层内裂隙发育，岩性破碎。 针对上述围岩性质变化，根据不同地质条件分别提出不同种类联合支护工艺。

2 支护工艺

根据掘进期间巷道经过陷落柱、断层破碎带和严重褶曲变形等地质构造带的不同地质条件，采用不同的支护工艺。

2.1 中等稳定以上的围岩

在刚进入二采区200 m 范围时，煤层起伏变化不大、没有大型断层，巷道采用锚网喷+ 锚索联合支护，锚杆规格为Ф22 mm×2 400 mm 树脂锚杆，间、排距为800 mm×800 mm。 每个锚杆端头使用锚固剂： 一支CK2835 型和一支Z2850 型； 铁托盘150 mm×150 mm，厚度12 mm；锚杆预紧力不小于60 kN，锚固力不低于120 kN。 同时采用高预应力锚索对称布置3 套， 锚索为Ф17.8 mm×6 300 mm，间、 排距3 000 mm×1 600 mm， 每根锚索使CK2835 型强粘结力的药卷一卷和Z2850 型强粘结力的药卷二卷，铁托盘为300 mm×300 mm 厚度为20 mm；锚索施加的预紧力不小于80 kN，锚固力不低于150 kN。 金属网采用Φ6 mm 钢筋制作； 喷射C20 混凝土厚度150 mm。

2.2 松散、软弱围岩

在围岩自身承载能力差、开挖后变形严重的地段时，巷道采用：U29 型钢棚支护工艺，再架设锚索支护（锚索支护规格同上联合支护）。 先采用U29 型高强可伸缩钢棚架进行支护，棚距800 mm；框架棚腿上部应加设一层垫木或采用铁靴子，增加接触面积，使其落到实底；架空棚顶处应先用直径不小于500 mm的硬质片石充填，然后再用圆木井字形接顶、背实棚架；最后棚子与临近棚子之间用间距500 mm 布置金属拉杆互相紧紧结合拉住， 并初次喷射20～30 mm厚的C20 混凝土。 利用U29 型钢拱形可缩支架的可缩性能和一定的支撑能力强化对巷道顶部和两侧的变形承让和约束能力，待25～30 天、巷道周围围岩应力和巷道支护稳定后，再补打锚索进行加强支护。 最后，再次喷射120～130 mm 厚的C20 防水、补强微膨胀混凝土。 U29 型钢结构棚架+锚索板和支护板的工艺结构布置图设计见图1。

图1 U29 型钢棚架+锚索支护工艺布置

2.3 破碎带

先超前预注“马丽散”粘合液，掘后及时架设U型钢可收缩棚架、后补锚索并补注“马丽散”液（架棚、补锚施工工艺同上）。

（1）预注“马丽散”补强结构材料。 马丽散是一种低粘度、双组分氧化合成高分子—甲基聚亚胺酸酯胶脂的原材料。 它不仅能很好地将水渗入细小地层裂缝中，同时具有极好的裂缝粘合作用。 在地层裂隙运动形成很强的裂缝粘合，其良好的柔韧作用性能使围岩能有效承受较大地层重力作用；同时可与地下水相互反应形成封闭泄水孔洞，能有效提高地层围岩的支撑力，机械运动阻力高，遇到积水后可膨胀25 倍。 马丽散液与注浆催化剂的质量：质量精度配合比为1：1.17； 采用双液压式注浆输送系统，多功能风动式注浆泵，压力一般要求在4～7 MPa。

（2）预注“马丽散”施工工艺:材料打眼→人工埋设大型注浆压力管→用高压注浆水枪直接连接安装注浆泵和安装注射枪→开泵进行注浆→注水达到材料设计注浆压力→用水冲洗注浆机具→停泵→拆卸安装注射泵和注浆枪。

（3）采用物探等先进技术结合巷道断层揭露的煤、岩层变化情况，在接近断层破碎区域10 m 时，布置2 个超前预注浆孔来连续加固断层顶板岩层，仰角25°～40°；连续布置2 个超前预注浆的注浆孔来连续加固断层带墙体岩层， 侧角40°～50°，孔深6～8 m，排距4～5 m。沿巷道掘进方向连续布置超前注浆孔见图2。

图2 预注马丽散材料孔布置形式

（4）根据围岩注浆效果和巷道顶板围岩破碎严重程度，适当适时调整注浆排距变动控制在800 mm至500 mm 范围内。

（5）停止预注“马丽散”材料并封闭压浆孔。 待“马丽散”材料干燥后，在变形严重的巷道上补打锚索，并喷射150 mm 厚的C20 混凝土，形成联合支护体系，增强破碎巷道支护结构的整体性和承载能力。加注“马丽散”材料布置见图3。加注“马丽散”材料布置孔在拱部对称布置5 个注浆孔来加固顶板岩层，孔深6 m；在两直墙分别布置2 个注液孔加固墙及底板岩层，俯角25°～40°，孔深6 m；布孔排距3～5 m。

图3 加注马丽散材料孔布置形式

3 支护观测效果

为了检验其支护效果， 在巷道掘进支护完毕后，设置多个观测点，进行观测数据。 分别进行锚杆锚索受力监测、拱部顶板下沉量观测、两帮墙体收缩量观测等。 通过以图4 观测点1 巷道位移观测图观测数据可知：随着掘进工作面推进，巷道位移量逐渐趋于稳定； 拱部最大下沉量控制在150～170 mm，巷道顶板支护效果明显； 两帮墙体收缩量最大235 mm，满足巷道安全使用要求。

图4 观测点1巷道位移观测

4 结语

针对中、大型断面巷道围岩应力值高、松动范围比较大、 巷道墙体变形相对较为严重的支护特点，采用灵活的联合支护围岩技术，有效控制改善了巷道拱部、墙体的围岩受力状况，使围岩松动变形降低，自身承载力得到极大提高，抗冲击变形性能显著增强，支架结构无较大程度变形，喷体结构无明显鼓起开裂、剥落松动现象，底鼓得到控制；有效降低后期巷道返修维护量，减少巷道返修维护费用，取得了很好的社会经济效益。

1）围岩自身拥有承载能力时，采用锚网喷+ 锚索联合支护原理，主动对围岩施加预应力，改善围岩应力状态，防止岩体片帮和顶板冒落，提高围岩的整体性。

2）围岩自身承载能力差时，采用的U29 型可收缩钢棚支护工艺作为被动支护，同时支架对围岩变形有适当的下缩，能有效适宜地压大、软地层的大断面巷道。

3）围岩自身破碎时，预注“马丽散”围岩封闭材料能有效的防止巷道断面的片帮和顶板冒落，降低岩体的松散性，提高围岩的整体性。