掘进巷道过断层围岩控制技术的应用

齐首靖

（山西汾西正城煤业有限责任公司， 山西 孝义 032300）

引言

地质构造会给煤岩正常回采带来影响，特别是回采巷道掘进过断层时围岩破碎，都会给巷道掘进安全带来不利影响[1-3]。根据断层影响附近围岩特点采取针对性的围岩控制措施对确保巷道掘进安全具有重要意义，因此众多的研究学者及工程技术人员采用各种研究方法对巷道过断层围岩控制技术展开研究，归结起来主要提出以下几种围岩控制措施：注浆加固、锚索网联合支护、架棚支护等[4-6]。本文就以某矿3508 综掘工作面过断层为工程背景，对采取的围岩控制措施进行综合阐述，以期能为其他矿井巷道掘进过断层提供一定参考。

1 工程概况

山西某矿批注开采 3 号、5 号、9 号以及 11 号等4 层煤层，现阶段矿井主采的3 号煤层埋深平均390 m，倾角 7°，厚度 3.3 m，煤层硬度 1.5～2.3，整体硬度较大，顶底板岩性以砂质泥岩、砂岩为主，具体见表1。

表1 顶底板岩性

3508 巷（矩形断面，宽×高=5.2 m×3.3 m）长度680 m，沿3 号煤底板掘进，采用EBZ-260 综掘机破煤、岩，运输采用DSJ80/2×55 带式输送机。现阶段3508 巷已掘进约140 m，预计巷道掘进至175 m 位置时会揭露 F31 断层（H=1.2～1.9 m，121°∠53°）、掘进至203m 位置时预计揭露F35 断层（H=0.7～1.5m，95°∠64°）具体采面揭露断层位置见图1 所示。受到断层构造影响，围岩破碎会给巷道正常掘进带来一定的影响。

图1 巷道揭露断层位置示意图

2 断层对巷道掘进影响分析

3508 巷掘进时揭露的F31、F35 断层均为正断层，掘进工作面会由断层上盘进入到断层下盘。在掘进时巷道底板首先会受断层影响，破碎强度降低，在水平应力、构造应力以及掘进影响下巷道底板可能会出现底鼓；巷道掘进通过断层破碎带时在地应力以及破碎围岩影响下巷道围岩会出现较大变形；掘进通过断层破碎带进入到断层下盘后由于煤体强度小于围岩会出现以顶板下沉、巷帮收敛为主的变形。

综合分析，归结出断层对3508 巷道掘进主要影响为[7]：

1）在断层影响下煤层位置发生改变，同时煤体强度及稳定性均发生一定变化，给后续的巷道掘进带来影响，最为明显的是掘进迎头由全煤巷道变成半煤岩巷道。

2）受断层影响巷道掘进迎头会造成矿压异常分布，部分区域出现应力集中，给巷道掘进矿压控制带来一定影响。

3）断层会造成掘进围岩破碎，严重时会出现顶板冒落事故，给巷道掘进带来安全威胁。

3 巷道过断层围岩控制技术

3.1 减小掘进断面

为了确保3508 巷道掘进过断层安全，在巷道与断层交汇前5 m（即巷道掘进约170 m 时）开始变更巷道掘进断面及支护方式。在确保采面通风、掘进以及运输不受影响前提下将巷道高度由3.3 m 降低至3.0 m，巷宽仍保持5.2 m，因而将巷道掘进断面由17.16 m2缩小至15.6 m2，断面缩小面积接近10%，从而降低巷道围岩控制难度。

3.2 围岩控制技术

采用围岩控制技术，对巷道顶板和两帮进行支护，如图2 所示。

图2 支护设计图（单位：mm）

3.2.1 顶板支护技术

顶板采用锚杆、锚索以及金属网（网孔150 mm×150 mm，8 号镀锌铅丝编制）支护。锚杆（螺纹钢锚杆，Φ22 mm×2 000 mm）每排5 根，两端锚杆外插15°角外其余均垂直顶板，间排距1 000 mm×1 000 mm。采用五眼钢带连接锚杆（规格4 300 mm×250 mm×3 mm）；锚索（钢绞线，Φ17.8 mm×10 300 mm）按1 300 mm×2 000 mm 间排距布置，每排布置3 根，配套采用规格250 mm×250 mm×16 mm 托盘。3 根锚索连接一根4 500 mm×250 mm（间距1 500 mm）。

3.2.2 巷帮支护

巷帮变形采用锚杆、短W 钢带、金属网控制，锚杆（螺纹钢锚杆，Φ18 mm×2 000 mm），每排 2 根，间排距为1 000 mm×1 000 mm，上部锚杆外插15°，其余锚杆垂直煤壁。锚杆采用垫片（110 mm×110 mm×8 mm）、W 短节钢带（450 mm×280 mm×4 mm）护壁。金属网随着掘进工作面推进及时铺设，从而减少空帮间距。

3.2.3 锚杆、锚索施工要求

施工的锚杆、锚索间、排距以及位置误差均控制在100 mm 以内，采用的树脂锚固剂搅拌时间、等待时间分别在 8～12 s、41～90 s 间。锚杆、锚索均应分别保持 10～50 mm、150～250 mm 外漏长度。顶板锚索预先施加预紧扭矩220 N·m、锚杆预紧扭矩分别为150 N·m（巷帮）以及170 N·m（顶板）。布置的金属网片间搭接长度在200 mm 以上。

4 围岩控制效果

在3508 巷掘进通过F31 断层时布置测点监测围岩变形。从监测结果看出，随着巷道支护时间增加围岩变形量呈缓慢增加趋势，支护完成11 天后巷道围岩变形基本稳定，最终顶底板以及巷帮位移量分别为87 mm、64 mm，围岩变形量较小，不会给巷道支护体系稳定性带来不利影响。

巷道掘进过断层时，未出现顶板冒落、煤壁片帮等问题，随着掘进过断层时掘进断面为半煤岩巷道，EBZ-260 综掘机掘进基本不受影响，巷道仍能保持15 m/d 掘进进尺。巷道耗时 4 d 通过 F31、F35 断层及其影响带，掘进过程中未出现异常情况，表明文中提出的巷道过断层围岩控制技术方案是切实可行的，可以满足矿井生产需要。