断层破碎带煤巷注浆锚索支护技术实践

付文军

（阳泉煤业集团长沟煤矿有限责任公司，山西 和顺 030600）

断层破碎带是一种严重影响煤巷掘进及支护的地质构造。受构造应力影响，断层附近应力集中、矿压显现剧烈；断层破碎带区域发育有次生小构造，围岩松散破碎，承载能力差，围岩变形显著。巷道掘成后易发生长时持续变形，难以进入变形稳定阶段，给巷道的掘进及支护工作带来巨大挑战。巷道掘成后后期常需要经历多次返修加固，工程量及成本较大，且返修期间影响巷道正常使用。因此需研究断层破碎带煤巷的变形破坏特征，提出合理措施加强围岩控制效果，有诸多学者曾对此进行了研究[1-4]。

针对长沟煤矿15123 工作面回风巷断层破碎带附近变形严重问题，拟采用注浆锚索支护技术予以解决；实践中，视现场情况，对支护参数优化调整，以实现对断层构造影响区煤巷围岩的有效控制。

1 工程概况

长沟煤矿隶属阳煤集团，其15123 工作面位于长沟煤矿15#煤层一区。主采的15#煤层，平均倾角在7°，平均厚度为5.2 m，煤层节理裂隙较为发育，硬度较小。工作面标高为+950～+1 000 m，工作面面长为180 m，可采走向长度1 130 m，工作面产量可达4 020 t/d。

15123 工作面回风巷沿煤层顶板布置，巷道设计为矩形断面，巷道尺寸为宽×高=4.5 m×3 m，在巷道掘进过程中依次揭露F4、F6断层，揭露断层具体参数见表1。

表1 F4、F6 断层上下盘组合情况及厚度

回风巷原支护设计为锚杆支护系统，支护参数为：顶部选用Φ20 mm×2 400 mm普通锚杆，帮部选用Φ20 mm×2 400 mm普通锚杆，锚杆间排距为0.8 m×0.8 m，预紧力100 kN。原支护情况见图1。

图1 回风巷原支护布置（单位/mm）

2 巷道变形分析

该回风巷顶板围岩为泥岩，同时在断层破碎带影响区域围岩较为破碎，承载能力不佳，受扰动易发生显著变形，影响巷道服务期间的正常使用。围岩变形有如下特征：

1）断层破碎带区域巷道变形显著。巷道掘成后七天内，变形速率均值可达22～28 mm/d，峰值可达101 mm/d，观测得到的顶底板移近量达1 100～1 500 mm，两帮收敛量达800～1 400 mm。

2）长时持续变形。预计巷道掘成后需经历至少30～60 d方能达到稳定状态。

3 注浆锚索技术

针对现场情况，应从提高围岩承载能力与支护体强度两方面入手以控制断层破碎区煤层巷道的长时流变。一是提高支护系统的强度，通过高强高预紧力注浆锚索，限制离层形变，保持围岩整体结构完整，提高围岩--支护体系统的稳定性；二是通过注浆增强围岩自身的承载能力，形成围岩承载结构，从而减轻支护系统的压力。

考虑到该回风巷受断层构造影响，围岩破碎、承载能力差，同时巷道围岩所处应力环境复杂，支护系统需具有足够的刚度，满足复杂应力环境支护需求。

基于上述分析，断层破碎带区域巷道拟采用注浆锚索、高强锚注支护系统。从围岩注浆改性、支护体系强化两方面控制巷道围岩变形。即通过普通锚杆和高强注浆锚索的配合，形成多层次高强度支护系统，控制浅部和深部围岩的离层变形，同时，对围岩注浆改性提升围岩承载性能，最终通过锚杆索支护系统控制围岩的长时持续变形，保障巷道服务期间的安全。

该支护技术特别适用于围岩条件较差、断层构造附近等应力环境复杂的煤层巷道的大变形控制，对于断层构造区煤巷的支护较为适用。

4 锚注工艺

4.1 支护参数

基于原支护设计，增加注浆锚索、高强锚注支护。在原支护的基础上，顶板增加了三根Φ22 mm×8 250 mm注浆锚索，间排距设计为1 400 mm×1 600 mm，预紧力250 kN；两帮各增加了三根Φ22 mm×4 250 mm注浆锚索，间排距设计为1 200 mm×1 600 mm，预紧力150 kN；注浆锚索配合300 mm×300 mm×16 mm高强锰钢鼓形托盘使用。支护设计见图2。当围岩条件较差时可适当增加注浆锚索支护密度，从而保证支护系统对围岩变形的有效控制。

图2 注浆锚索支护设计巷道断面（单位/mm）

4.2 施工要点

（1）当巷道围岩极为破碎时，可通过长4 000 mm、厚8 mm的梯形钢带与注浆锚索组成锚索梁加强支护。

（2）每根注浆锚索使用CK2370（里段一根）、Z2370（外段一根）树脂锚固剂固定，完成锚固30 min后开始紧固，锚索外露长度控制在150～250 mm。完成安装48 h后，若预紧力下降，要及时补打。

（3）当原设计已施工的锚杆影响施工，可适当调整位置但间距误差控制在0.5 m。

（4）当顶板结构较好时，可采取集中施工注浆锚索再集中注浆的方式进行施工；若巷道围岩破碎且顶板来压显著时，应采用随施工注浆锚索随注浆的方式进行施工。

5 应用分析

为检验注浆锚索支护效果，对巷道围岩变形情况进行实时监测，数据统计见图3。

图3 巷道表面位移变化曲线

从图3可知，最终巷道两帮移近量102 mm，顶板下沉量81 mm，底鼓量20 mm。注浆锚索有效控制巷道围岩变形，巷道变形量在可控范围内，仍保持较大巷道断面，整体稳定性较好。采用注浆锚索、高强锚注支护围岩控制效果良好。

6 结论

1）为解决15123 工作面回风巷受断层构造影响变形严重问题，并确保服务期间巷道的正常使用，拟采用注浆锚索、高强锚注技术对顶板进行加固支护。

2）应用效果比原锚杆支护优越。原锚杆巷道变形显著。巷道掘成后七天内，变形速率均值达22～28 mm/d，峰值达101 mm/d，观测得到的顶底板移近量达1 100～1 500 mm，两帮收敛量达800～1 400 mm。采用锚注新工艺后，最终巷道两帮移近量102 mm，顶板下沉量81 mm，底鼓量20 mm。注浆锚索有效控制住了巷道围岩变形，支护效果较好。

3）现场监测表明，注浆锚索、高强锚注技术强化了围岩自身承载性能，改善了围岩控制效果，抑制了围岩离层变形，保证了巷道围岩整体结构的稳定。