干河煤矿三采区辅助运输巷过断层技术研究

刘永瑞

（山西霍宝干河煤矿有限公司，山西 洪洞 041600）

1 工程概况

干河煤矿三采区辅助运输巷掘进工作面东北是三条开拓大巷，西南是变电所，东西两侧均是实体煤，东南侧施工至2-118采空区附近。大巷设计掘进长度1700 m，工作面为1#煤。1#煤层结构简单，煤厚0.4～1.15 m，平均0.78 m，预计坡度为2°～8°。

辅助运输巷掘进工作面为直墙半圆拱形，掘宽为5.0 m，掘高为 4.2 m，掘进断面面积18.3 m2；净宽4.6 m，直墙净高1.6 m，半圆拱半径2.3 m，净断面面积15.66 m2。煤层基本顶为3.12 m厚的K8中粒砂岩，直接顶为4.96 m厚的砂质泥岩，直接底为4.6 m厚的泥岩，基本底为3.63 m厚的K7中粒砂岩。大巷掘进过程中将揭露一断层，因断层会对巷道围岩的稳定性造成一定影响，为保证大巷的顺利掘进，需制定合理的过断层方案。

2 断层特征及过断层方案

2.1 断层特征

辅助运输巷在现掘进工作面迎头前方有一断层，为探究断层的具体构造特征，在工作面打一钻孔，对其内部构造进行探测。钻孔深12 m，钻孔位置在迎头巷道右帮距底板1 m位置处，与巷道走向夹角为80°。钻孔位置与探测结果如图1。

图1 钻孔探测图

根据检测结果可知：辅助运输巷工作面迎头前方10 m处，存在有一落差约为15 m、倾角约为66°、破碎带宽度约为5～7 m的正断层[1]。由于辅助运输巷是由断层上盘进入到断层下盘的，巷道底板先经过断层，而后顶板再通过断层，所以巷道经过断层时易发生底板塌陷现象，需先对底板进行加固。当巷道顶板通过断层时，易发生冒顶现象[2]，且由于断层内围岩较破碎、强度较低，因此需要加强支护，以保证辅助运输巷能够顺利地通过断层。

2.2 过断层方案

由于断层处围岩较为破碎，为增加其稳定性，需要通过注浆对其进行加固。根据上述分析的断层构造特征，设计“预注浆+巷道掘进+巷道支护+监测监控+补强支护”的过断层方案。

（1）预注浆。注浆可以加固破碎的围岩，通过注浆锚杆，浆液渗透入孔裂隙中将破碎的岩块凝结成为一个完整的围岩体[3]，提高围岩体的整体性和稳定性。

（2）巷道掘进。由于断层带围岩较破碎、完整性较差，因此可采用综掘法开挖巷道。

（3）巷道支护。为保证更好的支护效果，采用“喷砼+锚杆（索）+金属网+钢丝绳”的方式对巷道进行支护。

（4）监测监控。在施工过程中，要对巷道围岩的变形以及矿压进行实时监测，实时掌控巷道围岩的稳定性特征，保证巷道的安全稳定。

（5）补强支护。通过施工过程中的现场情况，以及巷道围岩监测结果，在支护强度弱的位置需要补强支护，以保证巷道围岩的稳定性。

3 施工工艺及效果分析

3.1 施工工艺

由于远离断层带位置巷道围岩完整性较好、强度较高，但断层区域内围岩较破碎、强度低，因此在设计施工工艺时应对二者进行区别。可分为距离断层带5 m之外区域和距离断层内5 m之内区域，二者施工工艺的区别主要体现在巷道掘进方式及支护设计方面。巷道施工工艺如图2。

图2 施工工艺图

（1）预注浆

预注浆是指在巷道掘进之前对围岩体进行注浆，不仅可以填充围岩中的孔隙和裂隙，使破碎的围岩体凝结成为一个整体，而且还能起到封堵地下水的作用[4]。预注浆范围为断层带前后5 m范围内，注浆锚杆长度2 m，直径20 mm，打设在巷道一周，与水平方向夹角分别为15°和45°交叉循环布置，间距400 mm，排距1.4 m，所注浆液为水灰比为0.5的水泥浆液。

（2）掘巷

由于断层围岩较破碎、整体性差，可使用综掘机掘进巷道。

（3）喷砼

采用强度 C25的混凝土，分3次喷砼，初喷70 mm，二喷60 mm，三喷70 mm，三次共200 mm。在巷道开挖后进行初次喷砼，锚杆及钢筋网支护后二次喷砼，二循环支护后进行第三层喷砼。

（4）锚杆（索）支护

锚杆（索）支护分为两个循环。第一循环采用直径22 mm、长度2.6 m的锚杆，间距1600 mm。第二循环采用直径为20 mm、长度为2.2 m的锚杆，间距1600 mm，交叉布置在一循环锚杆间。锚杆排距800 mm，锚杆之间用直径为6 mm的钢丝绳连接，钢丝绳连接锚杆并将钢筋网固定在围岩上。

锚索采用直径17.8 mm、长度7.4 m的钢索，锚索间距取2.4 m，排距取1.6 m，每个断面布置两根。辅助运输巷的支护方案如图3。

图3 支护方案图

（5）金属网

金属网使用的钢筋是直径为6.5 mm的圆钢，网格尺寸100 mm×100 mm，焊接尺寸900 mm×900 mm。

（6）注浆

每个断面布置五个注浆孔，位置分别为：顶板中心、肩部两侧和巷帮两侧。顶部注浆锚杆位于顶板中心，并与顶板垂直；肩部注浆锚杆在距离底板3 m位置处，与底板夹角为50°；帮部注浆锚杆在距离底板1.5 m处，并与巷帮垂直。注浆孔深设计为3 m，其中注浆段2.5 m，封孔段0.5 m。注浆管径为2.5 cm，孔排距为3 m，水灰比为0.5，注浆压力为3 MPa。

（7）卸压槽

为减小围岩应力，在巷道中布置3个卸压槽[5]，其中两帮各一个，底板中间一个。卸压槽深度0.6 m，宽1 m，其中巷帮的卸压槽在直墙内宽0.7 m，直墙外延伸宽0.3 m。

（8）监测监控

为监测围岩变形情况，在辅运巷穿越断层处及距离断层10 m处各安置1个测站，每个断面分别在巷道两帮、顶底板位置共设置4个监测测点，安装数显收敛计对围岩变形进行监测。

（9）补强支护

在围岩变形较大的地方，可适当增加锚杆（索）支护及注浆加固。

3.2 效果分析

为验证过断层方案的合理性，掌握巷道围岩的变形情况，利用上述安装的监测系统，每天对监测结果进行记录。结果显示，在穿越断层位置处巷道围岩变形最为明显。监测结果如图4。

图4 监测结果图

由监测结果可知：

（1）随着大巷的掘进，围岩变形量先快速增长，后增长速度逐渐减小，最后在10 d左右趋于平缓。

（2）顶底板变形量较大，巷帮变形较小，说明围岩变形主要以顶底板变形为主，顶板下沉量小于100 mm，底鼓量最大但小于150 mm，说明支护方案实施效果较好，稳定性满足要求。

4 结论

针对断层构造特征，提出干河煤矿三采区辅助运输巷过断层方案，确定合理的过断层施工工艺，围岩表面变形。监测结果显示，断层位置处围岩表面均未产生过大变形量，围岩稳定性得到了有效保障。