东欢坨矿南翼运输大巷过断层构造带施工技术

张连伟

(开滦(集团)有限责任公司东欢坨矿业分公司，河北 唐山 064002)

目前，国内煤矿井下过大型断层构造带大多采用架棚支护或“锚网喷+架棚”支护技术，而架棚支护属于被动支护，不能充分发挥围岩自身的承载能力[1-4]，特别是当受到断层构造带特殊的构造应力影响，巷道围岩极易发生变形破坏，同时，普通的架棚支护难以解决巷道施工及使用过程中所受到的涌水的影响。因此，探索一种新型过断层构造带掘进及支护技术手段尤为需要[5-10]。东欢坨矿-690水平南翼运输大巷在施工过程中前方遇正断层构造带，为了安全通过该地段，保证-690水平南翼运输大巷施工的连续性，在巷道过断层构造带施工中针对巷道不同的围岩条件分别采用“二层次锚、网、绳支护+三层次喷浆”、“三层次锚、网、绳支护+四层次喷浆”的强韧封层支护体系，配合采用新型“自固、留压、内自闭”岩体注浆锚杆进行预注浆加固顶板等复杂综合技术[11-15]，安全通过了构造带，保证了矿井后续巷道施工的正常进行。

1 工程概况

东欢坨矿-690水平南翼运输大巷位于-690水平，与-690水平南翼轨道大巷夹角40°，两条巷道通过上山连接。该大巷标高为-666.8m，比-690南翼轨道大巷高23.m；方位N 213°巷道坡度为3‰上坡，大巷穿过南一采区，设计巷道为半圆拱形断面，掘进断面6300mm×4300mm(净断面5700mm×4000mm)，采用锚注支护方式，设计总长度为3700m，截止到2017年11月，已施工了2709m。剩余工程量992m。目前-690水平南翼运输大巷迎头标高-666.8m，迎头为9煤层及其顶板，煤层厚度1.5m，倾角24°，煤层伪顶为黑色粉砂岩，褐色划痕，厚0.4m，直接顶为深灰色粉砂岩，裂隙发育，含大块结核。

-690水平南翼运输大巷在13-20测点前97m(巷道迎头前方25m)处，存在一条SF15正断层，如图1所示。经过精查、地质勘探及三维地震综合勘探，SF15断层落差17m，倾角74°，走向NWW～SEE，倾向NNE～SSW，断层破碎带宽度6～8m，断层在巷道前方不导水，在左前方(距巷道法线距离27m)局部导水，现已进行注浆封堵，对巷道施工基本无影响。但在主断层前方还发育有两个破碎带，分别在位于巷道前方37～40m及46～48m处。-690水平南翼运输大巷设计由SF15断层上盘进入断层下盘，穿过此断层，工程量约70m。为保证过断层施工安全及巷道支护强度，决定采用正台阶法施工配合强韧封层锚注支护技术通过SF15断层。

图1 -690水平南翼运输大巷与SF15断层位置关系

2 过断层构造带方案设计

根据-690水平南翼运输大巷过SF15断层带围岩极其破碎特点，严格按照“轻扰动、短步距、严注浆、早封闭”构建均质支护体系的原则，采用“超前固化→点-线-面掘进→立体支护→监测监控→动态注浆控制→安全防范”的过断层构造带的方案设计。

1)采用密集的超前探孔和多角度的超前注浆锚杆，超前固结围岩，改善和提高断层破碎带中岩体的各项强度指标，提前封水和固结顶板，保证安全施工。

2)在进入断层带新掘断面时，严格坚持“由点到线，由线到面”、“由局部断面到整个断面”、“台阶和分部开挖”的掘进施工工艺。

3)采用多层次的喷射混凝土、等强锚杆、钢丝绳组成的联合支护体系，形成多层次的强韧封层，达到安全有效的控制顶板和保证巷道支护的长期稳定目的。

4)在监测监控的严密掌控围岩变化状况下，不断适时补强，确保过断层整个过程中的支护安全可靠。

5)当巷道变形速度连续三天达到10mm/d时，巷道总变形量达到80～100mm，立即停止掘进工作面掘进，开始进行动态注浆工作。采用新型的 “自固、留(存)压、内自闭式”岩煤体注浆锚杆作为过断层防水和快速注浆的可靠保证。

6)在巷道掘进过程中以及在掘进支护结束后，都必须做好严格的矿压监测监控工作。通过对巷道进行测点和巷道支护层的检测监控，可以掌握巷道变形和各支护单元的工作状态，从而验证支护设计可靠性，同时也可以为动态支护提供及时恢复工作阻力的依据，确保巷道支护的长期安全稳定。

3 巷道过断层构造带施工技术

3.1 施工工艺

3.1.1 距断层带4m以外巷道施工工艺

打超前预注浆孔→安装超前强封闭内自闭注浆锚杆→预注浆→注浆→固化→打眼放炮破岩→敲帮问顶→喷浆(初喷浆，厚度80mm)→打锚杆→挂绳→复喷(二层次喷浆，厚度100mm)→打锚杆→挂绳→复喷(三层次复喷浆，厚度80mm)→开挖卸压槽→打注浆锚杆→注浆→监测监控(4～6个月)→清理→打注浆锚杆→复注→成巷。

3.1.2 距断层带4m内及断层破碎带内巷道施工工艺

打超前预注浆孔→安装超前强封闭内自闭注浆锚杆→预注浆→注浆→固化→风镐破岩→敲帮问顶→喷浆(初喷浆，厚度80mm)→台阶式施工→打锚杆→挂绳→复喷(二层次喷浆，厚度100mm)→打锚杆→挂绳→复喷(三层次复喷浆，厚度80mm)→挂绳→复喷(四层次复喷浆，厚度60mm)→开挖卸压槽→打注浆锚杆→注浆→监测监控(4～6个月)→清理→打注浆锚杆→复注→成巷。

3.2 超前预注浆

超前预注浆是在巷道未掘进前进行的注浆。利用水泥强度加固封闭围岩，封堵出水点。其实质就是通过超前布置双层不同角度的注浆锚杆，对巷道围岩进行超前注浆，以达到封堵水和强固巷道围岩的目的，来保证在过SF15断层带的巷道支护稳定和施工中的安全。

1)超前注浆孔沿巷道轴线方向，角度分别为15°和45°，沿巷道一周间隔布置，打一根15°，再打一根45°，如此交替进行，确保封堵水路和胶结断层中的巷道浅表岩体裂隙和控制顶板冒落。预注浆锚杆采用 “自固、留(存)压、内自闭式”岩煤体注浆锚杆，注浆锚杆长度1800mm，注浆锚杆外露长度不大于100mm。超前注浆锚杆角度布置如图2所示。

图2 超前注浆锚杆角度布置(mm)

2)超前注浆锚杆长度设计为1800mm，眼深2400mm，距断层带4m以外巷道超前注浆锚杆间距600mm(距断层带4m内及断层破碎带内巷道超前注浆锚杆间距300mm)，15°和45°的两组注浆锚杆相互间隔布置，沿巷道一周共打62根；每个循环必须打3～5个长3000mm超前孔，即作为探水孔，又作为超前注浆孔。

3)在断层巷道掘进时，每循环进度为700mm，超前注浆锚杆为两个循环进尺打一排超前注浆锚杆，即超前注浆锚杆的循环距离为1400mm，以此类推，完成整个断层及前后巷道的超前预注浆。超前预注浆注浆量每个孔2～3袋水泥。

3.3 过断层构造带掘进和支护技术

3.3.1 断层区域外稳定围岩巷道掘进和支护技术

距断层面4m以外，由巷道迎头前21m及过断层后52m以外的巷道施工方法：

1)掘进方式：采用普通法施工，即光面爆破法破岩，炮掘循环进度为800mm；槽眼深度1200mm，其他炮眼眼深为1000mm；响炮后及时找平，检查荒断面轮廓，欠挖的部位风镐刷掉，强化初喷；及时封闭围岩，打锚杆挂网临时护顶，严格控制巷道冒落和片帮。

3.3.2 距断层面4m内及断层带内围岩掘进和支护施工

距断层面4m内及断层带内，由巷道迎头前21～52m段巷道掘进方法：

1)掘进方式：由于设计断面较大、围岩破碎，采用台阶式施工方法，风镐破岩，按巷道断面分为上、下两个部分：先施工上部半圆拱形，施工高度为3150mm，施工长度3～5m成巷后；再施工下部直墙部分，直墙高度1150mm，直墙施工3～5m再转入半圆拱施工，如此交替施工。

图3 三层次锚、网、绳支护方式(mm)

3.4 挂绳喷浆

1)钢丝绳吊挂纵向长度不得小于10m，横向以巷道轮廓长度为准；钢丝绳规格为6″以上两股绳，每根长度为13m，钢丝绳搭接长度为700mm，要求搭接处用锚杆盘压牢并且要求插交搭接。三个层次的钢丝绳间排距分别为350mm×350mm。三锚四喷实物图如图4所示。

图4 三锚四喷实物图

2)喷浆采用525#(600)水泥。配比：水泥∶中粗砂∶石渣=1∶2.5∶2.5；喷射混凝土强度为C20，速凝剂的掺入量为水泥用量的3%～5%。

3)为了及时封闭围岩，巷道开挖后，迎头顶帮必须进行初喷浆封闭围岩，厚度80mm。初喷后间隔30min，待混凝土喷层凝固后开始打锚杆挂绳、二次复喷。断层带内第三层喷浆，必须拉线喷，喷平喷直喷圆滑，符合设计要求。第四层喷浆为巷道成型喷浆，必须拉线喷。

3.5 壁后注浆

1)第一次壁后注浆(初注浆)是在第一层次锚杆和钢丝绳打挂完并喷浆完成后进行，注浆时间与预注浆同时进行。注浆锚杆采用直径4″普通铁管注浆锚杆，注浆锚杆长度1800mm，孔深2000mm。注浆锚杆间排距1400mm×1400mm，共打入注浆锚杆10根。注浆量每个孔5袋水泥。

2)第二次壁后注浆是在二层次锚杆钢丝绳支护喷浆完进行，采用普通直径4″铁管注浆锚杆，锚杆长度1800mm，孔深2000mm。注浆锚杆间排距1500mm×1500mm。二次注浆锚杆只是打在碹顶和两帮，垂直两帮巷顶打入，共打8根，巷底不打。与第1次注浆锚杆间距3～5m，注浆量每孔4袋水泥。

3)第三次壁后注浆是在三层次锚杆钢丝绳支护喷浆的基础上进行，采用普通直径4″铁管注浆锚杆，锚杆长度1800mm，注浆锚杆间排距1800mm×1800mm，垂直打入顶帮内，共打6根，巷底不打。与第二次注浆锚杆的距离5～8m。注浆量每孔4袋水泥。

4)第四次壁后注浆是在3个月后当监测监控移变速度连续三天达到10mm/d以及总变形量达到80～100时选择注浆，注浆锚杆间排距为1500mm×1500mm。顶帮共打入注浆锚杆9根。锚杆直接打在三、四层喷完浆的混凝土浆皮上，注浆量每孔3～4袋水泥。

3.6 布置卸压槽和注浆锚杆

1)卸压槽的布置：共布置4个卸压槽，巷道左右帮两帮墙角各布置一个，巷中布置两个。巷中两个分别距两帮距离为1800mm。卸压槽长度70m，和断层长度一样。

2)卸压槽尺寸：有水沟帮卸压槽宽×深=1200mm×600mm，卸压槽宽度需延伸到直墙外400mm，直墙内留800mm；无水沟帮卸压槽宽×深=1000mm×600mm，卸压槽宽度延伸到直墙外400mm，直墙内800mm；巷中两个卸压槽宽×深=400mm×400mm。

3)卸压槽内注浆锚杆布置：两帮卸压槽内注浆锚杆布置4根，沿直墙外扎45°各一根，两卸压槽内各打一根。巷中两个卸压槽内各打注浆锚杆一根。卸压槽的注浆锚杆打在槽内底板，外露长度100mm，注浆锚杆眼深1800mm，锚杆长度1600mm，排距1500mm。卸压槽及注浆锚杆布置如图5所示。

图5 卸压槽及注浆锚杆布置(mm)

4)卸压槽开挖时间：在断层带以外(较稳定围岩状况下)，必须在支护分层的第三个层次支护完成后开挖。在断层带以内(不稳定围岩状况下)，分层支护的第四个层次支护完成后开挖，巷道每掘进支护20m成巷道后，开挖卸压槽。卸压槽开挖后，稳定围岩卸压时间7～8d，不稳定围岩卸压时间5～7d，破碎状态下围岩卸压时间1～2d后补打卸压槽的帮锚杆，并挂绳喷浆。

4 结 语

东欢坨矿-690水平南翼运输大巷过断层构造带掘进过程中，采用超前预注浆、“二层次锚、网、绳支护+三层次喷浆”和“三层次锚、网、绳支护+四层次喷浆”强韧封层支护体系、超前“自固、留压、内自闭”岩煤体注浆锚杆等复合支护技术，取得了满意效果，安全通过了断层带，保证了巷道掘进施工的连续性，经后期观测，该段巷道没有出现明显的变形及破坏现象，可为开拓巷道通过复杂地质构造带施工提供一定借鉴。