1201-2 运输巷断层构造区加强支护技术应用

王 帅

（山西汾西瑞泰正中煤业有限公司，山西 灵石 031308）

煤炭井工开采需要掘进大量的地下巷道，由于地下煤岩层赋存复杂多变，导致巷道经常揭露断层、褶皱等地质构造。 受构造影响，巷道揭露围岩应力环境复杂，围岩整体性较差，受采掘活动影响，巷道极易出现大变形现象[1-2]。断层构造区围岩受采掘扰动，断层上、下盘沿断层面相互移动，发生活化，断层较大程度的活化会诱发突水溃沙、冲击地压、煤岩体结构失稳等灾害，直接影响到矿井的安全生产[3-6]。本文以正中煤业1201-2 运输巷揭露的Fj10、Fj11 断层区为工程背景，遵循断层构造区加强支护思路和原则，设计了断层构造区加强支护技术参数，并应用于现场，为类似复杂条件巷道支护提供指导。

1 工程概况

正中煤业1201-2 工作面位于矿井一采区西北部，工作面开采2下号煤层。 工作面北邻椒仲旧井，南邻一采区轨道上山，西邻井田边界，东部为实体煤层。 1201-2 回采区域上覆为2上号煤层1201-1 采空区和1203-1 采空区（2上号和2下号煤层平均层间距5 m），工作面开采的2下号煤层厚度2.2～3.1 m，煤层倾角平均8°；2下号煤层基本顶为6.0～15.0 m 的细粒砂岩，直接顶为1.5～6.0 m 的砂质泥岩，伪顶为0.3 m 的泥岩，直接底为1.5 m 的泥岩，老底为4.6 m 的细粒砂岩。1201-2 运输巷在掘进至548 m、742 m 时揭露Fj10、Fj11 断层。 Fj10 为正断层，走向260°，倾向350°，倾角45°，落差2.5 m；Fj11 为正断层，走向220°，倾向310°，倾角55°，落差5.0 m，如图1 所示。

图1 试验巷道采掘工程平面

2 断层构造区加强支护思路和原则

1201-2 运输巷过断层构造区围岩应力环境复杂、岩体整体性能较差，受采掘活动影响，断层活化，易诱发巷道灾变性失稳，需加强支护。

2.1 断层构造区注浆强化思路

由于断层构造区围岩内部遍布节理裂隙，承载、自稳能力较差，1201-2 运输巷过断层期间采用注浆强化的方法加固围岩，利用浆液的粘结性能，将破碎的岩体粘结成一体，从而提高围岩自身承载能力。

2.2 高预紧力及时强主动支护原则

大量工程案例表明，高预紧力锚杆（索）支护具有支护效果好、成本低的优点。 因此，在注浆强化稳定围岩结构的基础上，1201-2 运输巷过断层期间采用高预紧力锚杆 （索） 进行及时强主动支护，促使巷道围岩结构和支护结构形成统一的承载结构体，充分发挥围岩结构承载性能。

2.3 支护材料匹配原则

采用高预紧力锚杆（索）配套性能相互匹配的金属网、 钢筋梯子梁、W钢带等支护材料，提高1201-2 运输巷支护结构对巷道围岩表面作用面积，形成围岩表层约束力，抑制围岩碎胀变形；同时，采用喷浆强化的方式，在支护和围岩表面形成一层混凝土喷层结构，防止支护材料风化。

3 断层构造区加强支护技术

1201-2 运输巷掘进宽度4 200 mm，掘进高度2 900 mm，具体技术参数如下：

3.1 断层构造区注浆强化

采用硅酸盐水泥浆液注浆，浆液水灰比1:1.5；注浆孔直径42 mm、长度4.0 m；注浆管采用PVC 管，管径25 mm、 长度2.5 m，注浆压力为2.0～3.0 MPa，间排距1.4 m×2.4 m，具体参数如图2 所示。

图2 巷道注浆加固断面

3.2 高预紧力及时强主动支护

顶板采用锚网索支护，锚杆规格为直径22 mm、长度2.4 m，间排距0.8 m×0.8 m，配套规格120 mm×120 mm×12 mm 的高强托盘，预紧扭矩280 N·m。 顶板锚索规格为直径21.6 mm、长度8 300 mm，间排距1.4 m×1.6 m，锚索配套300 mm×300 mm×16 mm 的高强托盘，锚固长度不低于2.0 m，锚索张拉预紧力40 MPa。 帮部采用锚网支护，锚杆规格为直径22 mm、 长度2.2 m，间排距0.8 m×0.8 m，配套规格120 mm×120 mm×12 mm 的高强托盘，锚固长度不低于1.0 m，预紧扭矩280 N·m，采用钢筋梯子梁连接，锚索采用厚度3 mm 的W 钢带连接，顶、帮网规格分别为4 200 mm×900 mm、2 700 mm×900 mm 的菱形金属网，具体支护参数如图3 所示。

图3 高预紧力及时强主动支护断面

3.3 混凝土喷层

巷道表面喷射1 层厚度100 mm、强度C20 的混凝土喷层，以防范浆液外漏和支护材料风化。

4 围岩控制效果分析

实施加强支护技术后进行巷道围岩移近量监测，结果如图4 所示。 巷道掘出90 d 内，巷道围岩变形较快，左帮、右帮移近速率分别约0.73 mm/d、0.85 mm/d，顶板、底板移近速率分别约2.17 mm/d、1.13 mm/d；巷道左帮、 右帮最大移近量分别为70 mm、82 mm，顶板、 底板最大移近量分别为95 mm、108 mm。 巷道掘出120 d 后，巷道围岩变形速度大幅度减小，平均移近速度小于0.2 mm/d；此时，巷道左帮、右帮最大移近量分别为84 mm、90 mm，顶板、 底板最大移近量分别为105 mm、126 mm。 整体看，巷道底鼓量最大，其次是顶板下沉量，左帮和右帮移近量近似且较小，结合现场调查结果，巷道围岩变形均较小，属于可控范围，证明了断层构造区加强支护技术与参数的合理性和可靠性。

图4 巷道变形曲线

5 结论

1）正中煤业1201-2 运输巷揭露Fj10、Fj11 断层，受采掘活动影响，断层活化，易诱发巷道灾变性失稳。 基于此，提出了断层构造区加强支护思路和原则，具体包括断层构造区注浆强化思路、高预紧力及时强主动支护原则和支护材料匹配原则。

2）设计了断层构造区加强支护技术参数，并应用于现场，巷道掘出120 d 后，巷道围岩变形速度大幅度减小，平均移近速度小于0.2 mm/d，此时，巷道左帮、 右帮最大移近量分别为84 mm、90 mm，顶板、底板最大移近量分别为105 mm、126 mm。