掘进巷道过断层破碎带支护设计优化措施研究

李海成

（府谷汇森冯家塔矿业运营有限责任公司，陕西 榆林 719400）

在煤矿开采过程中，掘进巷道往往因为断层的行程而导致煤岩层的整体稳定性受到破坏，轻则影响正常的施工进度，重则引发安全事故。为增加掘进巷道过断层的稳定性，通常采用破碎带支护技术，以尽量缓解掉煤岩层断层带出现的应力，提高生产作业环境的安全性。

1 巷道变形和破坏的主要影响因素

一是巷道变形和破坏与煤矿开采深度有关。煤矿机械化设备越来越自动化，开采技术也越来越先进，受到这些技术设备的积极影响，煤矿巷道开采的深度也逐渐增加。而随着巷道开采深度的日渐加深，巷道承受的应力也逐渐提升，这就增加了巷道变形和破坏的发生概率。在加上随着巷道开采深度的加深，岩层温度也会有所增加，高温环境下煤岩层的性质也会发生过程性转变，由低温时的脆性变化转变为高温时的塑性变化，更加重了巷道变形和破坏的可能性。

二是巷道变形和破坏与煤矿的地质构造有关。煤矿的地质构造情况各有不同，在掘进过程中，如果遇到特殊的岩层层理，如节理发育裂隙较大，则极容易引发断层破损的情况，在这种情况下巷道的支护难度很高。岩层地应力的不同也会影响巷道形变或破坏情况，如导致岩体发生位移、支架变形或失效等。

三是巷道变形和岩体空隙中的水压力和热压力有关。煤岩层中的孔隙中存在一定量的水，这些水在静止状态下表现为静水压力，在流动状态下表现为动水压力。而随着煤矿开采，煤层岩体发生破坏，岩体孔隙中的水也会发生状态的变化，水的压力也随之发生改变，继而引起施加在岩体上的力量变化，引起巷道变形。

四是巷道变形和破坏与支护方式有关。为了防止巷道变形和破坏，通常采用支护技术进行安全防护，传统的支护方式如型钢支护、锚杆支护、喷射混凝土支护、锚网支护等方式，不同的支护方式也会对巷道变形和破坏带来影响。

2 掘进巷道过断层破碎带支护存在的问题

在掘进巷道过断层破碎带支护过程中通常会遇到含水断层破碎带，含水破碎带会因水的状态变化而对掘进巷道以及支护设施造成不稳定性影响，在这种情况下掘进和支护施工的难度很大。而且单一的支护方式往往存在不同的优势和弊端，仅仅采用一种支护方式难以实现理想的安全防护效果。为此必须对掘进巷道过断层破碎带支护技术进一步优化设计，以满足煤矿安全生产和高效生产的需求。

3 掘进巷道过断层破碎带支护设计优化措施

为了提升巷道过断层破碎带支护的安全性和可靠性，采用联合支护的方式，即在过断层破碎带首先进行锚杆支护，然后在进行注浆加固。

首先进行锚杆支护。在钻孔完成后，利用锚固剂来把金属网、钢带、锚杆以及连接固件紧固在一起，通过施加预紧力来对巷道过断层破碎带进行加固如图1。

图1

之后采用注浆加固技术。传统的注浆液为水泥类材料，这种材料的成本较低，但是在实际应用过程中往往水泥颗粒大小难以控制，颗粒较大的材料难以进入岩层的微小缝隙中，容易堵塞裂隙，注浆性能指标实现效率不理想。因此采用优化配制的加固浆料来对巷道过断层的破碎带进行注浆加固。实验人员首先对注浆加固的浆液配比进行性能试验。采用的浆液材料是改性的聚亚胺树脂，该类树脂材料在水环境中极易凝结硬化，是一种良好的有机高分子注浆材料。使用过程中，改性的聚亚胺树脂可在水环境中产生凝胶体，具有强隔水性，在将浆液注入到巷道过断层破碎带中后，随着浆液的流动扩散，浆液自身逐渐凝固硬化，进而起到堵塞岩层水渗流空隙的作用，可有效隔断水源，起到防水目的，而且还可以强固巷道过断层的稳定性，起到了强固支护的目的。

3 结语

在掘金巷道过断层破碎带支护设计过程中，工作人员必须在煤岩层发生变形、松动或被破坏之前进行设计安装，这样就可以使支架在煤岩层自身承受力较好的情况下发挥作用，提高二者共同的承载力，起到最理想的安全支护效果。另外，随着煤矿开采技术和设备的快速发展，目前市场中已出现了大型化、智能化的煤矿掘进支护设备，能同步实现掘进和支护，有效解决了分层掘进耗时长的问题，可以实现全断面机械化支护，减少人员施工的危险性。掘进支护一体化设备和技术受到越来越多煤矿企业及技术人员的青睐，应用普及度越来越高。而这也是煤矿掘进巷道支护技术发展的重要方向，即由单一技术向着多元一体化技术发展，在煤矿生产质量、生产安全以及生产效率方面大大提升。