增子坊矿303皮带巷过断层围岩支护技术

赵福栋

（铁峰煤业增子坊矿，山西 朔州 037200）

断层是制约巷道掘进安全的常见构造。巷道掘进至断层附近时围岩破碎，局部位置构造应力集中，增加巷道掘进以及围岩控制难度[1-3]。若过断层期间巷道支护方式以及支护参数选择不当，轻则增加巷道修整工作量，重则给巷道掘进安全带来严重威胁[4-6]。本文以增子坊矿5#层303 皮带巷过F1～F4断层为工程实例，采取综合围岩控制措施，取得良好支护效果，也可为其它矿井巷道过断层提供经验借鉴。

1 工程概况

增子坊矿5#层303 皮带巷沿着5#煤层底板掘进，5#煤层厚度11.96 m，埋深150 m，倾角3°～7°，顶底板岩性见图1。303 皮带巷设计掘进长度为1 235 m，巷道断面规格为4.5 m×3.2 m，采用EBZ200 掘进机（悬臂式）掘进。303 皮带巷掘进段位于井田西南部，北为5#煤层回风大巷、东为皮带大巷，西、南均为实体煤。

图1 5#煤层顶底板岩性

据地质资料，303 皮带巷掘进至350 m时会揭露F1断层（H=12 m，323°∠75°），掘进至550 m时会揭露F2断层（H=10 m，286°∠70°），掘进至670 m时会揭露F3断层（H=6～12 m，290°∠70°），掘进至1 200 m 会揭露F4断层（H=10～20 m，275°∠75°）。

受底板奥灰水以及煤层本身含水量较大影响，巷道掘进过断层期间会出现局部涌水现象。断层是制约巷道掘进安全的不利因素，根据以往过断层经验，拟定过断层期间采用锚+索+网+带+喷联合支护形式，并辅助采用U29 钢架棚方式控制围岩。

2 围岩分析

303 皮带巷掘进过F1～F4断层期间，面临以下2个的难题：

1）断层附近围岩破碎，巷道围岩强度本身较低。断层破碎带受构造应力影响，部分区域应力集中，加之断层破碎带附近岩层本身强度较低，使得巷道掘进过断层期间容易出现围岩变形量过大问题。

2）水作用下围岩膨胀、软化。据地质资料，巷道掘进过断层期间可能会有少量的涌水。破碎带有泥岩、砂质泥岩等遇水易膨胀、软化岩层，从而加剧巷道围岩支护难度。

3 围岩支护方案

303 皮带巷过断层，拟定采用锚+索+网+带+喷联合支护方案，见图2。如遇顶板破碎严重时，可根据实际情况采用二次架设U29 钢棚补强支护，架棚后采用水泥预制板密集铺背顶、帮，顶、帮空隙采用不燃性材料背牢背严，与顶帮接实。

图2 锚+索+网+带+喷联合支护

3.1 主动支护

（1）顶板支护

锚杆为Ф20 mm×2 200 mm的螺纹钢锚杆，每排5 根，间、排距为1 000 mm×900 mm。锚固用一支MSK2360、一支MSZ2330 树脂药锚固剂，锚杆孔深2 150 mm，锚固长度900 mm。锚杆预应力、扭矩力分别控制到80 kN、200 N·m 以上。配合4 200 mm×150 mm×3 mm的五眼W钢带支护。

锚索为Ф17.80 mm×7 500 mm 钢绞线，按“二一二”方式布置，间、排距为2 000 mm×2 000 mm。采用两支MSK2360 、一支MSZ2330 树脂药锚固剂锚固，锚索孔深7 250 mm，锚固长度在1 500 mm以上，锚固段须在稳定的煤岩层内，预应力在24 MPa以上。

（2）巷帮支护

帮锚杆与顶锚杆材质、规格及间排距一致。锚固用一支MSK2360 树脂药端头锚固，锚杆孔深度2 150 mm，锚固长度600 mm。帮锚杆锚固力、扭矩力分别控制到80 kN、200 N·m以上。W型钢带规格为450 mm×280 mm×3 mm。

帮网及顶网为8#菱形金属网，网孔均为50 mm×50 mm，规格分别为5 000 mm×1 300 mm、2 750 mm×1 300 mm。锚索、锚杆托盘分别为350 mm×350 mm×16 mm、150 mm×150 mm×10 mm的钢托盘。

（3）喷浆

巷道喷浆实行随掘随喷，喷浆厚度120 mm，标号C20。喷浆材料中水泥、砂、石子质量比为1:2:2。分层喷射，间隔时间为15～20 分钟，每次喷射厚度为60 mm左右，分次喷射间距在6 m左右。

3.2 补强支护

当断层带围岩特别破碎，采用穿管棚钢针（1.5吋钢管超前排管）超前支护，所用的材料为长3 m的1.5 吋钢管，按照300 mm间距在巷道轮廓线上铺设,掘进时管棚之间的搭接长度以不小于600 mm为宜。架设U29 钢棚与掘进迎头间距在300 mm以内。

架设U29 钢时先将棚腿窝掏好，再将棚腿和拉杆安装好，拉杆为Ф16 圆钢或螺纹钢，将钢棚腿戗紧戗牢。上好梁后根据巷道中线将钢棚左右两腿调到规定位置，用不燃性材料将梁两端与煤帮刹紧背牢，确保架棚质量，具体架棚支护见图3。

图3 架棚支护

4 效果分析

为掌握过断层期间围岩控制效果，在巷道掘进过F1断层（H=12 m，323°∠75°）、F2断层（H=10 m，286°∠70°）后在断层影响带分别布置1 个测站，对围岩变形进行为期90 d监测，具体监测期间内围岩变形结果见图4。

图4 1 号、2 号测站围岩变形监测结果

从监测结果看出，1 号及2 号测站顶底板、巷帮变形量在巷道支护完成50 d后趋于稳定，其中1号、2 号测站的顶底板，巷帮最大变形量控制在128 mm、123 mm，115 mm、106 mm。在监测期间1号及2 号测站位置巷道围岩保持稳定，架棚未出现弯曲现象，巷道外轮廓几乎无变化。监测结果表明，采用锚+索+网+带+喷联合支护辅助采用钢架棚补强支护可以满足303 皮带巷掘进过断层围岩控制需要。

5 结论

1）增子坊矿5#煤层303 皮带巷掘进期间断层是制约巷道掘进安全主要因素。根据303 皮带巷地质赋存条件，拟定采用联合支护方案。

2）主动支护采用锚+索+网+带+喷联合支护，同时通过喷浆可降低断层涌水量以及涌水给围岩控制带来的不利影响；被动支护采用钢架棚，提升围岩稳定性。

3）现场应用后，断层影响范围内巷道断面变化不大，顶底板、巷帮变形量分别控制在128 mm、115 mm以内，可满足巷道围岩控制需要。