4326 回风顺槽过断层破碎带支护技术研究

2022-12-10王普

山东煤炭科技 2022年11期

王普

（山西三元煤业股份有限公司，山西长治 046000）

由于地质构造作用，矿井井田范围内往往伴随着断层的分布，断层走向、倾向、倾角和落差各异。断层分布不规律的特点，会对煤矿井下安全高效生产带来极大影响，制约着回采和掘进工作面的推进[1-7]。本文针对三元煤业4326 回风顺槽揭露断层破碎带的实际情况，研究了4326 回风顺槽过断层破碎带的支护技术及其应用效果。

1 概况

三元煤业4326工作面主采3#煤层，位于四采区，工作面标高+485～+574 m，工作面东部、南部、西部均为实体煤，北部为四采区准备巷道。3#煤层平均厚度7.2 m，煤层倾角为1°～10°。煤层直接顶为砂质泥岩，厚度约为3.83 m，半坚硬，断口平坦状；基本顶为中粒砂岩，厚度为6.1 m，泥质充填，层理较为发育，断口参差状；直接底为细粒砂岩，厚度约为3.21 m，泥质充填，断口参差状；基本底为粉砂岩，半坚硬，断口平坦状。煤层顶底板钻孔柱状如图1。

图1 3#煤层顶底钻孔柱状图

4326 回风顺槽为4326 综采工作面回采巷道，设计断面形状为矩形，掘进断面宽5200 mm，净断面宽5000 mm，掘进断面高4200 mm，净断面高4000 mm，掘进断面面积21.8 m2，净断面面积19.5 m2。采用锚网（索）+钢筋托梁联合支护方式。根据《四采区三维地震勘探报告》资料分析可知，4326 回风顺槽工作面地质构造复杂程度为中等，煤层节理、裂隙发育。4326 回风顺槽在掘进过程中会遇到两条断层，分别为DF1 正断层（至开口734 m）与F26 逆断层（至开口166 m）。其中DF1 正断层走向与顺槽掘进方向基本保持一致，顺槽掘进期间煤层节理裂隙发育，煤层及顶底板易破碎；F26 逆断层走向N15°W，倾向S75°，倾角50°，落差3 m。在顺槽掘进至距断层破碎带约30 m 的位置，巷道围岩变得破碎，在原设计支护方案的支护下，巷道变形量大，通过单日每班用手持测距仪测量可知，单日巷道顶底板移近量可达83 mm，两帮伴随着片帮现象。

2 支护方案

2.1 顺槽原支护设计方案

巷道顶板采用规格为Ф22 mm×2400 mm 高强度左旋无纵筋螺纹钢筋，间距为1150 mm，排距为1200 mm，顶板中部的三根锚杆垂直顶板布置，两端的两根锚杆向外倾斜15°。顶板锚索材料为Ф18.9 mm、1×7 股高强度低松弛预应力钢绞线，长度为8300 mm，间距2300 mm，排距1200 mm，两根锚索均垂直于顶板布置。巷道两帮采用规格为Ф22 mm×2000 mm 左旋无纵筋螺纹钢筋，两帮每排10 套，间距900 mm，排距1200 mm。两帮第一根锚杆距顶板300 mm，水平方向上斜15°布置，第二、三、四根水平布置，第五根锚杆水平方向下斜15°布置，距离底板300 mm。

此外，巷道布置有10#铁丝制成的网孔规格为50 mm×50 mm 的金属网，巷道顶板金属网尺寸5800 mm×1300 mm，巷道两帮金属网尺寸3500 mm×1300 mm，网与网长边搭接100 mm，短边搭接200 mm。巷道设计支护方案如图2。

图2 顺槽设计支护方案（mm）

2.2 过断层破碎带支护方案

在顺槽过断层破碎带期间，巷道支护方案有所改变。在顶板支护方面，顺槽在揭露断层前5 m时，改变顶板锚杆与锚索的排距，由原先的1200 mm 缩小至800 mm，锚杆间距不变；在原先每排顶锚杆之间补打1 根Φ18.9 mm×4300 mm 锚索，共计补打4 根，补打锚索间距1150 mm；锚索由原先每排2 根Φ18.9 mm×8300 mm 锚索替换为每排4根Φ18.9 mm×10 300 mm 锚索，锚索间距为1150 mm。顺槽两帮锚杆支护参数不变，如果两帮存在失效锚杆，则在原有锚杆上下200 mm 范围补打“W”钢带配合锚杆支护。巷道支护方案如图3。

图3 过断层破碎带支护方案（mm）

3 现场实施效果

在4326 回风顺槽掘进过断层破碎带后，对顺槽顶底板移近量及两帮移近量进行观测，观测结果如图4。如图4 所示，4326 回风顺槽围岩变形量随着观测时间的增加而增大，但在35 d 后，围岩变形稳定，最终4326 回风顺槽顶底板移近量约120 mm，两帮移近量约150 mm。表明通过增加4326 回风顺槽过断层破碎带巷道围岩的支护密度，能够满足巷道围岩的变形要求，顺槽可以安全掘进并使用。