掘进巷道过断层围岩支护技术研究

那建勇

(汾西矿业 柳湾煤矿，山西 孝义 032303)

断层是采掘作业期间常见构造类型，受断层上下盘挤压、移动等影响，导致断层影响范围内煤岩体破碎，影响矿井生产安全[1-2]。现阶段众多的研究学者对巷道、采煤工作面回采过断面时围岩应力变化、移动以及支护措施等进行研究，并针对性提出通过超前注浆、管棚、超前锚杆等措施进行围岩控制，在工程应用中取得较好成果[3-6]。山西某矿3503运输巷掘进期间会揭露有DF12断层，容易出现变形量大、顶板垮落或者煤壁片帮等各类问题，无法实现安全快速掘进。为此，文中就以3503运输巷过DF12断层为例，针对性提出围岩支护技术措施，为巷道安全掘进创造良好条件。

1 工程概况

3503运输巷掘进长2 590 m，用EBZ260综掘机沿3号煤底板掘进，刮板输送机+带式输送机运煤，围岩采用锚网索支护方式。3号煤顶底板为炭质泥岩、砂岩，煤层厚度均值3.9 m，倾角2～5°.3503运输巷掘进揭露多条落差1.2～5.6 m断层，具体揭露的各断层参数见表1.3503运输巷掘进过断层期间容易出现片帮或者冒顶等问题。其中DF12断层落差3.6 m，对采面掘进及围岩控制有较大影响，该断层破碎带内充填有破碎的炭质泥岩、卵石以及砂岩等，整体胶结性及整体性较差。3503运输巷在掘进靠近DF12断层时呈出现一定程度顶板垮落问题，后通过工字钢、木垛及锚索等对垮落区进行处理，控制了垮落区围岩稳定。

表1 断层情况

2 巷道过断层围岩控制技术

DF12断层影响范围内煤岩体裂隙发育、围岩破碎，承载能力及稳定性整体较差，结合以往巷道掘进过断层技术经验，提出使用超前注浆、撞锲方式提高断层破碎带内破碎煤岩体稳定性，使用U型钢+锚网喷方式进行永久支护[7-8]。

2.1 超前加固

2.1.1 超前注浆

在掘机迎头综合使用注浆管(规格D20 mm×3 000 mm注浆管)、超前小导管(规格D40 mm×6 000 mm注浆管)加固破碎煤岩体，具体迎头注浆钻孔布置见图1.其中位于巷道轮廓线的1～31号钻孔按照500 mm间距、1 500 mm排距布置，钻孔均有25°外插角，并下放规格D20 mm×3 000 mm注浆管，实现对巷道周边破碎煤岩体加固；钻孔设计注浆压力为3 MPa.

图1 超前注浆钻孔布置示意(mm)

迎头布置的32～39号钻孔布置间距为1 000 mm、排距为2 500 mm，钻孔内插入规格D40 mm×6 000 mm注浆管，用以增强掘进迎头破碎煤岩体强度，钻孔注浆压力为5 MPa.在巷道掘进迎头布置的注浆钻孔内注浆材料均采用水泥单液浆。

2.1.2 撞锲支护

撞楔支护是井下巷道掘进过软岩或者破碎岩体时常用的掘进支护方式，是在掘进迎头向前方煤岩体中布置撞锲钢管进行超前预加固，避免在掘进及后续支护时围岩出现坍塌事故。在掘进迎头采用规格D50 mm×1 500 mm钢管对破碎煤岩体进行控制，具体现场布置见图1(b)，布置的撞锲按照间距300 mm、排距1 000 mm布置，有25°外插角；撞锲主要布置在掘进巷道拱顶位置。将撞锲尾部与掘进巷道布置的永久支护相连接，提升撞锲围岩控制能力。

2.2 巷道围岩永久支护方案

3503运输巷在过断层期间采用U型钢+锚网喷方式进行永久支护，具体巷道围岩支护断面见图2.支护用D20 mm×2 500 mm螺纹钢，间距800 mm、排距500 mm，断面布置15根；在表面铺设网孔100 mm×100 mm的双层金属网(D6.5 mm圆钢编制)。

图2 永久支护示意(mm)

钢支架用36U型钢加工，拱顶钢梁长6 340 mm、帮腿柱长度为4 040 mm，巷道底板反拱为2节，单节长度为3 100 mm.钢支架间均采用卡缆、M22×210 mm螺栓等连接，钢支架间用原本背实，提高对围岩控制能力。

3503运输巷掘进后立即进行初喷，实现裸露围岩封闭，降低围岩风化程度及破碎程度。在架设完成36U型钢后对围岩进行二次喷浆，通过二次喷浆将锚网、锚杆、钢支架等耦合形成支护结构，共同作用增强支护体系对破碎围岩控制能力。拱顶及巷帮喷射厚100 mm、强度C20混凝土，底板浇筑厚度300 mm、强度C25混凝土。

3 破碎煤岩体围岩支护效果

为检验巷道掘进过破碎带期间围岩控制效果，在3503运输巷掘进过DF12断层破碎带后，在破碎带内2个测点(间隔3 m)，测点布置见图3.

图3 测点布置示意

监测顶板离层及围岩变形情况；在顶板上1 m、3 m、6 m位置布置测点实现浅部及深部岩体离层量监测，具体顶板离层量及顶板下沉量监测结果见图4.

图4 围岩变形监测曲线

从围岩变形监测结果看出，在DF12断层影响范围围岩变形量随着支护时间增加逐渐趋于稳定。支护完成42 d后断层破碎带巷道顶板上覆1 m、3 m、6 m位置顶板最大离层量控制在30.1 mm、28.0 mm及6.3 mm，顶板离层量整体较小，且离层量基本稳定，随支护时间不再增加；监测期间发现顶板最大下沉量控制在86 mm，顶板岩体可保持稳定，不会出现垮落问题。从围岩变形监测结果看出，在3503运输巷掘进过DF12断层期间，采用的超前加固、永久支护可实现断层破碎带围岩有效控制。

4 结 语

1) 3503运输巷在掘进期间揭露有DF12断层，掘进过断层时面临垮顶、片帮、围岩变形量大等问题，在一定程度制约巷道安全高效掘进。为此，根据3503运输巷揭露DF12断层情况提出综合采用超前加固+永久支护(架棚支护+锚网支护)对断层破碎带煤岩体进行控制。

2) 通过在巷道掘进轮廓线上布置注浆钻孔对围岩进行超前加固，避免掘进时出现垮顶或者围岩变形量大问题；在迎头布置注浆钻进行加固避免迎头出现片帮；采用工字钢架棚、锚杆及喷浆方式对断层破碎带破碎煤岩体进行永久控制，可增强断层破碎带内围岩支护强度，减低后续使用过程中围岩变形量。

3) 现场应用后，巷道过断层期时未有片帮、垮顶等发生，同时围岩变形量在允许范围内，实现了巷道安全过断层破碎带及围岩变形有效控制。