掘进巷道过断层破碎带联合支护技术应用研究

祁建永

（晋能控股煤业集团簸箕掌煤矿，山西 大同 037100）

断层是煤炭开采时常见地质构造类型，受断层上下两盘挤压、挪移等因素影响，在断层影响范围内往往表现为裂隙发育、岩体破碎[1-2]。簸箕掌煤矿开采的2#煤层顶板有弱含水层，2203运输巷掘进前方存在的DF6-1断层具有一定导水性，巷道掘进至断层破碎带时面临围岩控制难度大、透水、冒顶等各类问题。以2203运输巷过DF6-1断层破碎带为工程实例，针对断层导水、破碎等特点，提出采用超前注浆、撞锲、锚网喷等联合支护技术，确保了巷道安全通过断层破碎带。

1 概况

2203运输巷沿着2#煤层顶板掘进，2#煤为矿井首采煤层，煤层赋存稳定，厚度平均3.9 m，f值0.7～1.5。2#煤层基本顶为厚度10.3 m粗砂岩，直接顶为9.5 m厚泥岩、粉砂岩，直接底为厚度5.2 m粉砂岩、泥岩。2203运输巷设计掘进长度1505 m，断面为直墙半圆拱（巷道掘宽、掘高为5780 mm、4690 mm），采用综掘方式掘进。

根据已有地质资料显示，2203运输巷掘进期间会揭露DF6-1断层，断层落差12～23 m，走向N52°E，倾向58°，断层破碎带宽度达到10.6 m，具有一定的导水性。断层破碎带内岩体破碎、粘结性较差，顶板含水层裂隙水会通过断层破碎带裂隙向巷道掘进空间涌出，不仅弱化巷道围岩、增加围岩变形量，而且容易引起支护体系失效。2203运输巷预计揭露的DF6-1断层剖面如图1。

图1 2203运输巷预计揭露的DF6-1断层剖面图（m）

2 巷道掘进过破碎带联合支护技术

DF6-1断层破碎带岩体具有裂隙发育、有一定导水性且承载能力较差等特点，提出综合采用超前注浆、撞锲方式封堵破碎带导水裂隙并提高岩体承载能力，使用锚网喷、U型钢支护围岩[3-6]。

2.1 超前注浆

采用超前小导管（Ф40 mm×6000 mm钢管）、注浆管（Ф20 mm×3000 mm钢管）进行帷幕注浆，布置如图2。注浆钻孔采用井下锚杆钻机施工，整个掘进迎头布置49个钻孔。1#～31#钻孔间排距分别为500 mm、1500 mm，注浆孔外插25°并下放Ф20 mm×3000 mm钢管，通过注浆构成止水帷幕，封堵导水裂隙，注浆压力设计为3 MPa；32#～49#钻孔间排距分别为1000 mm、2500 mm，注浆孔内插入Ф40 mm×6000 mm钢管，用以提高掘进前方破碎岩体稳定性，注浆压力设计为5 MPa。注浆材料为水泥单液浆。

图2 超前注浆钻孔布置示意图（mm）

2.2 撞锲超前支护

在掘进迎头撞锲超前支护采用Ф50 mm×1500 mm钢管，具体布置如图2（b）。撞锲间排距分别为300 mm、1000 mm，外插25°，主要布置在巷道拱顶位置。将撞锲尾部与巷道已经布置完成的支架连接为整体，从而提高撞锲支护强度。

2.3 永久支护方案

2203运输巷永久支护采用锚网喷、U型钢联合方式进行支护。巷道永久支护断面如图3。

图3 巷道永久支护断面示意图（mm）

巷道全断面采用Ф20 mm×2500 mm螺纹钢锚杆支护，间排距800 mm、500 mm，整个断面共计布置15根锚杆；铺设双层钢筋网（采用Ф6.5 mm圆钢制作），网孔规格分别为100 mm×100 mm、50 mm×50 mm。

钢支架为36U型钢加工，拱顶钢梁长度为6340 mm，巷帮腿柱长4040 mm，反底拱2节，单节长3100 mm。反底拱、腿柱及顶梁间采用M22×210 mm螺栓、卡缆连接，钢支架与巷道壁间采用原木背实。

巷道掘进完成后立即进行初喷，封闭裸露岩层，减低围岩风量程度以及涌水量。36U型钢架设完毕后进行二次喷浆，通过二次喷浆将锚网、锚杆以及钢支架连接为一个相互作用支护结构体，提高巷道表层岩体支护强度。巷道顶板及巷帮表层喷射强度C20混凝土，厚度100 mm，底板灌注强度C25混凝土，厚度300 mm。

3 现场应用效果

2203运输巷在掘进过DF6-1断层破碎带期间，将巷道循环掘进进尺控制在500 mm以内，从而降低掘进对围岩扰动。采用超前注浆、撞锲以及锚网喷、U型钢等联合支护方式后，巷道掘进期间涌水量控制在0.6 m3/d，围岩涌水基本不会给巷道掘进、支护等带来大的影响，掘进期间未出现顶板冒落、迎头破碎岩体失稳等情况。对掘进完成后巷道围岩变形进行监测，监测结果如图4。在监测期间发现顶板、两帮最大变形量分别控制在75 mm、54 mm以内，未出现底鼓问题。现场应用效果表明，文中所提联合支护措施可满足巷道掘进过断层破碎带围岩控制需要。

图4 围岩变形量监测结果

4 结语

（1）2203运输巷掘进揭露的DF6-1断层破碎带宽度达到10.6 m，破碎带内岩体呈现粘结性差、破碎并具有一定导水性。若不对破碎岩体进行处理，支护采用的锚杆无法有效提高围岩稳定性。为此，提出采用超前注浆，提高围岩稳定性并封堵导水裂隙，为后续巷道掘进安全及锚杆支护提供良好基础。

（2）在掘进时采用撞锲对顶板破碎岩体进行支护，避免出现顶板冒落问题；锚网喷、U型钢支护可充分发挥主动支护、被动支护优势，提高巷道表层支护强度，降低围岩变形量，避免后续出现较大变形。现场应用后，2203运输巷掘进过DF6-1断层破碎带期间顶板涌出控制在0.6 m3/d，涌出基本不会给巷道掘进、围岩控制带来影响；顶板、两帮最大变形量分别控制在75 mm、54 mm以内，围岩变形量基本不会影响巷道后续使用。