屯兰矿18405 综放面沿空留巷过断层支护技术

毕俊刚

（西山煤电集团设计院（有限公司），山西 太原 030052）

近年来，沿空留巷凭借其能改善巷道应力集中、减少掘进率、改善巷道角部瓦斯积聚等优点在我国各大矿区得以广泛应用［1］。沿空留巷是在上一个工作面回采结束后保留并维护其巷道并在下一工作面回采时复用的巷道［2］。但是，当沿空巷道过断层时，由于断层影响区内围岩整体性较差，极不利于巷道维护。专家学者们针对这一工程问题进行了大量研究，提出了岩层注浆和围岩帷幕注浆［3］、超前预注浆［4］、混凝土止浆墙预注浆和“锚杆锚索+U 型钢棚”联合支护［5］以及“加密锚杆+ 架棚”支护［6］等支护方案，有效控制了过断层时巷道变形。基于前人的研究成果，本文针对屯兰矿8#煤层18405 皮带顺槽（沿空留巷）过SF215断层，同时受18405 工作面采动影响，导致围岩变形大、支护困难、易发生冒顶片帮事故的问题，通过理论分析和现场实测，提出超前注浆和“加密锚索+锚杆+铁丝网+工字钢+单体支柱”的联合支护方案，有效控制断层影响区沿空巷道围岩变形，为18405 工作面安全回采创造了良好工作环境。

1 工程概况

西山煤电屯兰矿南翼下组煤盘区共有4 层可采煤层，自上而下依次为6#、7#、8#和9#煤层，其中8#煤层构造简单，断层、陷落柱不发育，属中厚煤层且全区可采，为目前主采煤层。8#煤层厚度为1.9～3.3 m，平均2.75 m，倾角为3°～7°，平均5°。8#煤层顶底板情况见图1。

图1 煤岩层综合柱状图

8#煤层18405 工作面位于+750 m水平南四盘区下组煤右翼，北西为18403 工作面（已回采），南东为18407 工作面（暂未施工），北东与南翼下组煤轨道巷相接，西邻南四盘区边界。18405 工作面标高+635 ～+715 m，工作面沿煤层走向布置，长1 836 m，宽240 m。18405 工作面采用倾斜长壁后退式一次采全高全部垮落综合机械化采煤方法。为了减少巷道掘进量，降低施工成本，在对18405 工作面回采时，决定采用沿空留巷技术复用18403 工作面轨道顺槽作为本工作面的皮带顺槽，18405 皮带顺槽全长1 994 m，断面尺寸为4 500 mm×3 000 mm（宽×高）。18405 工作面布置见图2。18405 皮带顺槽在距设计停采线326 m时需通过SF215正断层，见图2。

图2 18405 工作面布置

2 断层对沿空留巷围岩影响分析

根据8#煤层18403 工作面地质条件，随着18403 工作面向SF215正断层方向回采，受工作面超前压力影响，断层附近沿空留巷应力逐渐增大，在18403 工作面距SF215正断层10～30 m时应力集中系数达到2.7，在原支护条件下巷道顶底板最大移近量约为526.76 mm，两帮最大移近量约为299.08 mm，巷道局部区域出现片帮、冒顶现象，金属网挤压变形较大，严重威胁工作面安全生产。

综上所述，为确保18403 工作面轨道顺槽在18405 工作面回采时复用要求，主要从以下两个方面对18405 皮带顺槽（18403 轨道顺槽）进行支护：一是以超前注浆的方式增强断层附近18405 皮带顺槽围岩整体性； 二是加强对断层影响范围内的18405 皮带顺槽的支护。

3 工作面过断层沿空留巷支护方案

3.1 超前注浆

基于断层影响范围分析，确定18405 皮带顺槽在18405 工作面过SF215正断层前的首要处理措施为超前注浆。为了使不同施工时段注浆效果最佳，选择联邦双液注浆材料进行超前注浆加固，注浆材料性能参数见表1。双液注浆浆液在2 种浆液混合前，4 h内不发生凝固、泌水和沉淀，而在将2 种浆液混合后的凝结时间为2～8 min，且双液注浆浆液凝固1～4 h后其单轴抗压强度可达6～18 MPa。注浆压力为10～25 MPa，注浆速率为30 L/min，对断层前后30 m范围内沿空巷道围岩进行注浆加固。

表1 注浆材料性能参数

3.2 加强支护

18403 轨道顺槽采用锚索网支护，将其沿空留巷利用作为18405 皮带巷时，支撑能力不足，导致巷道变形严重，需对巷道在断层影响范围内进行加固。为此，本文提出采用“加密锚索+锚杆+铁丝网+工字钢+单体支柱”的联合支护方案对原支护进行加强。原支护和加强支护方案具体支护参数见表2。巷道加强支护断面见图3。

表2 原支护和加强支护参数

图3 巷道加强支护断面

对SF215正断层影响范围内的18405 皮带顺槽在原支护基础上，按表2 和图3 中标示的参数将原来顶板中间1 排顶锚索改为按间排距1 800 mm×2 400 mm布置；同时距巷道两帮200 mm处按间排距3 600 mm×1 500 mm布置DW42-250/110X型单体支柱并配合12#工字钢使用。

4 效果检验

根据上述支护方案，对18403 工作面在超前SF215正断层约15 m处进行超前注浆加固断层影响区围岩，并采用“加密锚索+锚杆+铁丝网+工字钢+单体支柱”的联合支护方案对断层前后30 m范围内沿空巷道进行加强支护。为了检验沿空留巷支护效果，采用十字布点法对断层影响区内的18405 皮带顺槽表面位移进行现场监测。在SF215正断层60 m范围内，每30 m布设一个测站，共布设2 个测站，为期30 天的18405 皮带顺槽表面位移现场监测结果见图4。

图4 不同观测时间18405 皮带顺槽表面相对位移量

由图4 可知，采用超前注浆和“加密锚索+ 锚杆+ 铁丝网+ 工字钢+ 单体支柱”的联合支护方案对断层影响区沿空巷道进行加强支护后，测站1 和测站2 所监测的18405 皮带顺槽表面相对位移量随观测时间总体上相似。在0～17d期间，18405 皮带顺槽顶底板移近量和两帮移近量变化较大，顶底板移近量和两帮移近量分别由0d时的13.24 mm和6.21 mm增大至17d 时的153.61 mm和90.04 mm，增长量分别达140.37 mm和83.83 mm，因此该观测时段可视为18405 皮带顺槽表面变形快速增长段；而在17～30 d时，18405 皮带顺槽顶底板移近量和两帮移近量随观测时间无显著变化，因此该观测时段可视为18405 皮带顺槽表面变形趋于稳定段。此外，18405 皮带顺槽顶底板移近量和两帮移近量均在趋于稳定段达到最大值，最大值分别为155.44 mm和94.66 mm。

综上所述，采用超前注浆和“加密锚索+锚杆+铁丝网+ 工字钢+ 单体支柱”的联合支护方案对断层影响区沿空巷道进行加强支护后，18405 皮带顺槽表面相对位移随观测时间呈先增长后趋于稳定的变化趋势。相对原支护而言，采用注浆及加强支护后在SF215正断层的影响范围内18405 皮带顺槽顶底板移近量和两帮移近量最大值分别为166.72 mm和94.66 mm，围岩相对移近量降低了约68.35%，表明对SF215正断层影响范围内18405 皮带顺槽进行超前注浆和加强支护，提高了断层影响区围岩整体性，巷道围岩变形控制效果显著，为18405 工作面安全回采提供了保障。

5 结语

本文结合屯兰矿8#煤层18405 工作面地质条件和实际生产情况，采用理论分析和现场实测相结合的研究方法，基于断层对沿空留巷围岩的影响分析，提出采用超前注浆加固沿空留巷顶板围岩并结合 “加密锚索+ 锚杆+ 铁丝网+ 工字钢+ 单体支柱”的联合支护方法，有效控制了断层影响范围内沿空留巷表面变形，为18405 工作面安全回采提供了保障。