11201运输巷断层构造带围岩控制技术研究

杨树峰

（潞安化工集团潞宁孟家窑煤业有限公司，山西 宁武 036700）

我国煤矿以井工开采为主，需要在地下开拓大量的巷道。由于煤层赋存条件的复杂多变，在巷道开拓过程中常常会遇到断层、褶曲、陷落柱等地质构造，地质构造的存在导致了巷道围岩环境复杂，给巷道维护带来一定的挑战。当巷道掘进遇到断层构造时，断层导致地下岩层岩体破碎严重、存在应力集中区域，当巷道掘进时，受掘进扰动的二次影响，应力环境愈加复杂，巷道围岩环境也愈加复杂，巷道维护相对困难，为此开展了孟家窑矿11201运输巷断层构造带控制技术研究[1-5]。

1 工程概况

11201工作面位于+1300 m水平11采区，地面标高1751～1801 m，井下标高1370～1531 m。工作面为一单斜构造。工作面上部（西北部）为11采区11203采空区，下部（东南部）为南翼轨道运输大巷，东北部为4#中部车场、11采区轨道运输上山，西南角为马连沟2005年采空区。工作面开采煤层厚度在2.0～4.1 m范围，平均厚度3.3 m，煤层倾角20°～29°，平均倾角23°。煤层含0～1层夹矸，节理、内生裂隙不发育。伪顶岩性为泥岩，黑色，薄层状，厚0.0～0.5 m，属软岩；直接顶主要为泥岩、砂质泥岩，局部为粉砂岩、细粒砂岩，厚3.3～5.4 m，属于不稳定-中等稳定顶板岩层；基本顶为中、细粒砂，厚度4.5～7.9 m，属于稳定顶板岩层；直接底岩性为泥岩、砂质泥岩及粉砂岩等，厚度及岩相变化较大；基本底主要为粗、中、细粒砂岩，厚度及岩相变化较大，规律极不稳定。11201运输巷设计长度1165 m，沿2#煤底板掘进，巷道为梯形断面，净宽5.0 m，净高4.0 m，上帮4.9 m，下帮3.2 m。根据采掘规划和矿井钻孔资料，巷道掘进过程中将陆续揭露17条断层构造，断层构造相关参数见表1。

表1 断层构造相关参数

2 断层构造带围岩控制技术

2.1 断层构造带围岩控制思路与原则

断层构造带导致围岩体破碎，承载能力较低，应力环境复杂，巷道维护相对困难，需采用必要的围岩主动控制技术，保证巷道在服务期的安全稳定。在开发控制技术之前，首先提出断层构造带主动控制思路与原则，具体如下：

（1）破碎围岩注浆强化原则。在围岩破碎严重的区域通过破碎围岩注浆改性，改变破碎围岩的力学性质，提高围岩自身的承载能力，促使围岩与支护结构形成统一承载结构。

（2）高预紧力强主动控制原则。采用高预紧力作为主动控制原则，采用高刚度、高强度的锚杆索等支护材料，通过设计合理的支护技术和参数，促使巷道围岩形成强主动承载结构。

（3）充分发挥坚硬顶板岩层承载性能。工作面直接顶为3.3～5.4 m的泥岩、砂质泥岩岩层，承载能力较低，基本顶为4.5～7.9 m的中、细粒砂岩岩层，具有良好的承载能力，采用加长锚索将强主动承载结构锚固至坚硬的基本岩层承载层，充分发挥基本顶岩层的承载性能。

2.2 断层构造带围岩控制技术

（1）破碎围岩注浆技术参数

采用水灰比1:1.5的普通硅酸盐水泥浆液，注浆孔规格为Ф42 mm×L4.0 m，注浆管规格为Ф25 mm×L2.5 m，注浆压力2.5 MPa，间排距1.6 m×3.0 m。巷道注浆断面图如图1。

图1 巷道注浆断面图

（2）锚杆支护技术参数

① 锚杆规格及其布置。全断面共布置锚杆16根，顶板布置6根，规格为Φ22 mm×L2400 mm的高强度无纵筋左旋螺纹钢锚杆，间排距为900 mm×1000 mm；左帮布置4根锚杆，从上到下依次为1根规格为Ф22 mm×L2400 mm的高强度无纵筋左旋螺纹钢锚杆，3根规格为Ф20 mm×L2000 mm的玻璃钢锚杆，间排距为900 mm×1000 mm；右帮布置6根锚杆，从上到下依次为3根规格Ф22 mm×L2400 mm的高强度无纵筋左旋螺纹钢锚杆，2根规格为Ф20 mm×L2000 mm的玻璃钢锚杆，1根规格为Ф22 mm×L2400 mm的高强度无纵筋左旋螺纹钢锚杆，间排距为850 mm×1000 mm。

② 钢筋托梁。锚杆配套14 mm的钢筋焊接而成的钢筋托梁，顶板钢筋托梁规格宽度80 mm、长度4700 mm，右帮采钢筋托梁规格宽度80 mm、长度1900 mm。

③ 网片。顶板采用机制金属网，网孔规格为40 mm×40 mm，网片规格5500 mm×1000 mm，帮部采用机制尼龙网，网孔规格40 mm×40 mm，左帮网片规格3000 mm×1000 mm，右帮网片规格4700 mm×1000 mm。

④ 托板。采用规格120 mm×120 mm×10 mm的拱型高强度托盘，拱高大于36 mm，承载能力不低于190 kN。

⑤ 锚固方式。每根锚杆采用1支K2335、1支Z2360树脂药卷锚固。

⑥ 锚杆预紧力。锚杆预紧力≥300 N·m。

（3）锚索支护技术参数

① 顶板采用锚索加强支护，布置方式为“323”，规格为Ф18.9 mm×L6300 mm的1/7股高强度低松弛预应力钢绞线，每排两根锚索的间距1800 mm，每排三根锚索的间距1350 mm，排距2000 mm。

② 锚索托板。锚索托板规格为300 mm×300 mm×16 mm。

③ 锚固方式。每根锚索用1支K2335、2支Z2360树脂药卷锚固。

④ 预紧力。锚索初次张拉大于240 kN，锚索预应力损失完成后达到200～250 kN。

巷道支护断面图如图2。

图2 巷道支护断面图

3 围岩控制效果分析

将开发的断层构造带围岩控制技术应用于11201运输巷，同时监测了巷道掘进过程中的变形情况，如图3。由图可知，巷道变形主要发生在掘进72 d内，该阶段巷道顶板累计变形161 mm，底板累计变形190 mm，左帮累计变形91 mm，右帮累计变形127 mm。之后，巷道围岩变形逐渐趋于稳定，巷道掘出110 d后，顶板累计变形167 mm，底板累计变形196 mm，左帮累计变形103 mm，右帮累计变形130 mm。整体看，巷道底鼓量相对最大，右帮变形大于左帮变形。综上所述，开发的断层构造带围岩控制技术有效保证了11201运输巷的围岩稳定，证明了技术和参数的合理性和可靠性。

图3 巷道掘进过程中的变形情况

4 结论

11201运输巷掘进揭露多条断层构造，为此，提出了破碎围岩注浆强化、高预紧力强主动控制、充分发挥坚硬顶板岩层承载性能的断层构造带围岩控制思路与原则，开发了以注浆支护配合锚杆（索）支护的断层构造带围岩控制技术。巷道变形监测结果显示，巷道掘出110 d后围岩变形趋于稳定，顶板累计变形167 mm，底板累计变形196 mm，左帮累计变形103 mm，右帮累计变形130 mm，巷道底鼓量相对最大，右帮变形大于左帮变形。整体看巷道变形量均在可控范围内，表明开发的技术和参数实现了孟家窑矿11201运输巷的围岩稳定控制。