北辛窑煤矿2煤南翼辅助运输大巷I段巷道过断层破碎带支护工艺优化设计及应用

（同煤集团北辛窑煤业有限公司 山西 036702）

1.立项原因及背景

（1）2煤南翼辅助运输大巷I段总长1198m，巷道掘进断面为5.84m×4.12m，采用钻眼爆破法掘进施工，巷道施工至20m位置，将揭露DF1断层，断层倾角67°，落差=32m。

（2）巷道处于2#煤层，据已知地质资料分析，孔隙、裂隙含水层主要分布在2#煤层和5#煤层之间，岩性主要为中、粗粒砂岩，2#煤层受顶板二叠系砂岩裂隙水影响，其下部地层裂隙发育，在垂向上厚度较大且连续，局部岩芯破碎。另外，已探明2#煤层顶底板均有含水层发育，且含水层富水性中等。预计最大涌水量110m3/h，正常涌水量60m3/h。

（3）实际揭露情况，巷道伪顶为砂质泥岩，厚度1m左右，岩芯较破碎，砂质泥岩遇水变软，呈松软状态。该断层区域内岩石破碎较松软，胶结性差，且受岩石裂隙含水影响，巷道支护困难，施工难度大，对安全生产带来安全隐患。为此，需要寻求一种新的支护方法来保证巷道施工过程中的安全和巷道掘进支护结构稳定性。

2.研究内容及创新点

(1)研究内容

本研究阐述了2煤南翼辅助运输大巷I段，过DF1断层破碎带支护工艺优化设计及应用。

掘进临至断层带时，顶板出现淋水、破碎、松软等情况，针对过断层破碎带期间顶板可能出现冒落，威胁巷道掘进安全，降低巷道掘进效率等问题，制定了先对断层破碎带进行预注浆，再采用管棚进行超前撞楔掩护，对顶板维护后再实施架棚的支护方案，即“注浆+超前撞楔掩护+架棚”全断面一次通过断层破碎带的支护技术。

(2)支护工艺的设计

①注浆强化破碎围岩

为保证过断层破碎带期间顶板安全管理，在掘进至距离DF1断层3m位置，对巷道顶板实施注浆，操作如下：A.在距顶板1.0m的工作面打一排注浆钻孔，每排钻孔布置数量为4个，钻孔间距为1.2m，钻孔深度为6m，当钻孔与顶板工作面成15°仰角。B.顶板工作面打完钻孔，使用注浆泵进行注浆。断层破碎带采用低压注入，注浆终压选择为3-5Mpa。凝固浆液应采用催化剂与马林散混合配置。通过注浆使破碎顶板形成一个整体结构。C.当注浆孔压力上升时，浆液注不进停止注浆，并对钻孔进行封堵。等待巷道顶板工作面的浆液完全凝固后，就能开展掘进工作。D.每排注浆钻孔的作用范围约为4.0m，因此，巷道掘进每3m就应开展一次顶板工作面的注浆支护处理。

②永久支护进行优化，增强支护效果，提高顶板稳固性

永久支护工艺的优化设计是指，将顶板锚索长度设置为8.3m（原7.3m），锚索规格φ17.8mm×8300mm，间排距1600mm×2700mm，呈3-3-3（原3-2-3）布置。巷道顶板锚杆（原φ20mm×2200mm）全部变更为φ17.8mm×4300mm短锚索，间排距变为900mm×800mm，且每排支护增加一根长度为5.8m的“JW”型钢带。通过增加钢带的支护方式、支护材料的变化及支护设计的变更，强化永久支护设计效用。

③超前撞楔掩护架棚（撞楔法通常称插板法，适用于巷道顶板松软破碎的条件）

在完成注浆支护与永久支护后，采用在超前撞楔掩护下进行U29架棚支护，以强化支护稳定效果。具体操作：

A.用Ø35mm钻杆在巷道拱部打钻孔20个（根据注浆效果设置），深2.2m，间距20～30cm（具体根据现场情况安排）按掘进方向平行布置，由正顶向两侧均匀布置。超前撞楔选用Φ30mm×2200mm的圆钢，穿入打好的钻孔，按200mm～300mm间距沿巷道拱部布置，每排圆钢掩护三架U29棚，每架一架棚，必须将搭接在棚梁上的圆钢拴紧拴牢。如图1：

图1

B.架棚支护过程必须使用前探梁，前探梁使用10#工字钢，长度4m，布置两根，间距2m，前探梁用U型托钩悬挂，拖钩用Φ20mm圆钢加工而成，固定在已架好的棚梁上，前探梁与棚梁间间隙用木楔背紧刹牢，如图2：

图2

C.巷道掘进采用人工风镐+放松动炮掘进，掘进进尺够一架棚时必须及时架棚。U29型钢棚棚距600mm，钢棚分为三段（拱棚及腿棚），拱棚及腿棚搭接长度为500mm，配套卡缆，每架棚配4副卡缆固定棚梁搭接（含拉带、螺母、螺栓），卡缆外露长度100mm，卡缆间距50mm。棚腿底部焊接200mm×200mm×10mm的钢板。棚腿两侧各安注2根φ20mm×2200mm锚杆固定牢固；棚架之间布置6根连接拉杆，采用φ20mm螺纹钢加工制作。

D.架棚时，开始两架必须先套后架。第一、二架固定采用在每架棚梁肩部各打一组Φ20mm×2200mm的固定锚杆（每组两根），并安装U29卡缆下盖，使棚梁牢固，并对其校正。紧固后方可架设棚腿，安装拉杆，进行腰帮背顶，严禁空顶、空帮现象。第三、四架棚架设时必须使用前探梁做为临时支护，先上梁后栽腿依次进行架设。

④由于前期已采取注浆+超前撞楔方式对顶板进行维护，巷道断面成型状况良好，钢棚与顶帮空隙较小，需在背板与钢棚之间铺设一层φ6.5mm金属网，钢棚与顶帮之间用坚硬矸石和背板进行填充，矸石间空隙用混凝土充填即可。钢棚架设完成后再进行巷道喷浆，架棚后喷浆厚度150mm，需将钢棚及卡揽等部件全部覆盖，混凝土标号C20。

图3 巷道施工示意图

3.结语

北辛窑矿2煤南翼辅助运输大巷I段过断层破碎带期间，采用“注浆+超前撞楔掩护+架棚”过断层破碎带的支护技术，安全通过断层破碎带，保证了巷道施工过程中的安全性和掘进支护结构的稳定性，同时也大大提高了掘进效率。