掘进工作面安全高效过断层技术实践

李普光

（潞安集团漳村煤矿，山西 长治 046000）

断层是煤矿掘进、 回采过程中常见的一种地质构造[1]。在断层影响下，煤岩层出现错位、层位异常等不连续情况，给巷道掘进及工作面回采造成困难，尤其在巷道掘进期间，断层及其附近往往因围岩破碎导致围岩控制困难，需采取针对性支护方式。目前，巷道过断层围岩控制技术归结起来主要有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[2-3]。本文以常村煤矿11201 上顺槽掘进过断层为工程背景，探讨掘进工作面过断层期间的安全、高效施工技术。

1 工程概况

常村煤矿11201 上顺槽位于11 采区中部，巷道平均埋深535 m，巷道北侧为11181 未采工作面，南侧为11201 工作面待采区。11201 上顺槽主要用于11201 工作面回采期间的回风、 行人、运料，设计长度842 m，断面形状为矩形断面，断面规格为宽×高=5.5 m×4 m，煤层均厚3.2 m，采用EBZ200M-2 掘进机掘进。巷道开口掘进至337 m处揭露F23正断层，断层落差2.1 m，断层及其附近顶板裂隙发育，围岩破碎。11201 上顺槽及F23断层如图1所示，巷道顶、底板岩性如表1所示。

图1 11201 上顺槽巷道布置及断层

表1 巷道顶底板岩性参数

2 过断层方案

F23断层为一落差2.1 m 的正断层，11201 上顺槽掘进迎头位于断层上盘，由断层上盘破顶过断层，制定过断层方案如图2所示，在揭露断层前5 m 处开始调整施工坡度为+9°，巷道开始破顶起坡，按+9°掘进13 m 将进入断层下盘，且过断层后巷顶刚好沿断层下盘煤层顶板掘进，避免托顶煤施工，其最大破岩量1.7 m （同设计基本一致），减少过断层破岩工程量。过断层期间，因存在破顶、割底，掘进机可采用小直径截割头，同时采用耐磨截齿，遇岩石硬度系数较高或大块矸石时，可采用松动爆破辅助破岩，减少掘进机磨损及工作负荷，提高过断层工效，以实现安全高效过断层。

图2 过F23 断层方案

3 支护技术

过断层期间，因断层及其附近围岩裂隙发育，围岩较为破碎，需采取补强支护措施。拟采用支护强度较高的锚网支护+ 锚索加固的联合支护方式，过完断层后，对过断层段巷道及附加围岩破碎巷道采取注浆加固。

3.1 锚网支护

锚杆采用BHRB-335/Φ22 mm×2 400 mm高强左旋螺纹钢锚杆，配合钢筋网、W 钢带支护，顶部锚杆间排距800 mm×800 mm，帮部锚杆间排距700 mm×800 mm，由于矩形断面肩窝处围岩控制困难，对肩窝处加强支护，顶部肩窝锚杆间距700 mm，肩窝锚杆距帮不大于100 mm，帮部肩窝锚杆往下400 mm 处布置一根锚杆，锚杆采用一支CK2350 快速锚固剂和一支ZK2350 中速锚固剂，快速锚固剂在里端，锚固力不得低于100 kN，锚杆螺母预紧力不得低于300 N·m，钢筋网采用Φ6 mm×2 000 mm×1 000 mm 钢筋网，煤体部分里层增加硬质塑料网，网搭接长度不得小于100 mm，每200 mm 采用双股铁丝三花布置联网，联网间距不大200 mm。

3.2 锚索加固

锚索采用Φ18.9 mm 预应力钢绞线，顶部锚索长度为8.2 m，帮部锚索长度4.2 m，采用厚度16 mm、Φ300 mm 的刚性蝶形圆托盘配合锁具、W钢带张拉锚索，锚索初始张拉力不低于30 MPa，锚固力不低于150 kN。顶部每排锚杆间布置4 根锚索，锚索间距1.6 m，排距0.8 m。帮部煤体部分按煤厚布置锚索，煤厚小于1 m 区域布置1 根锚索，煤厚1～2 m 区域布置2 根锚索，煤厚大于2 m 区域布置3 根锚索，锚索间距不大于1.6 m。锚索滞后迎头不大于5 m，便于与迎头锚网支护平行作业，提高施工效率。

3.3 注浆加固

为有效控制断层及其附近破碎围岩，采取注浆加固技术将破碎围岩充分胶结，增强围岩整体稳定性[4]。注浆方式为：注浆管采用长短结合方式，长度分别为2 m、1.5 m，顶部均匀布置3 根注浆管，巷中一根长度为2 m，两侧各一根长度为1.5 m，注浆管间距为1.6 m，排距1.6 m，巷帮距顶0.5 m处各布置1 根注浆管，注浆管长度为1.5 m。注浆浆液为水泥浆，注浆压力控制在2～4 MPa，注浆以浆液充分渗透直至巷道表面见浆为止。过断层支护设计如图3所示。

图3 过断层锚网索支护断面

4 效果分析

11201 上顺槽过F23断层方案，现场实际情况基本和设计一致，验证了该方案的可行性。对巷道围岩变形情况进行为期30 天观测，巷道基本无变形。为观测过断层段巷道在后期回采期间的变形情况，以确定过断层支护方案的可靠性，从过断层段巷道以外20 m 开始，每隔15 m 建立一组观测站（1 号、4 号测站位于断层以外，2 号、3 号位于断层段），观测站布置一组顶板离层仪、锚杆索受力计，以及十字布点法测量巷道顶板下沉量。回采期间持续观测参数变化情况如表2所示，测站最大变形数值，顶板移近量最大的测站为位于断层中部的2 号、3 号测站，最大移近量为235 mm，位于断层以外的1 号、4 号测站顶板最大移近量为146 mm，最小移近量为85 mm。测站顶板最大移近量在巷道变形可控范围内，该段巷道在回采期间未发生较大变形，满足工作面安全回采要求。

表2 各测站最大变形数值统计

5 结语

常村煤矿11201 上顺槽过F23断层掘进施工方案与支护实践表明，巷道顺利通过了断层；拟定采用锚网索主动支护+ 注浆加固方案，有效控制断层及其附近的破碎围岩，提高围岩稳定性。该支护方案段巷道在工作面回采时巷道顶板移近量最大值235 mm，巷道满足使用要求，实现了工作面安全回采。