巷道掘进过地质构造复杂带综合施工技术研究

付晶晶

（山西焦煤汾西矿业集团基建处，山西 介休 032000）

引言

随着煤炭开采技术以及管理水平的不断提升，矿井煤炭产量呈显著增加趋势，矿井采掘也已从浅部向深部转移[1]。深部区域煤层赋存条件更趋复杂、地质构造发育，从而给煤炭安全、高效回采带来一定影响[2]。当掘进巷道穿过地质构造面临瓦斯、顶板破碎、水害等多种不利因素，如何确保巷道掘进安全是煤炭开采时需要重点解决的问题[3]。国内外众多的研究学者对巷道掘进过地质构造复杂带展开了研究，并提出锚喷注浆加固技术、全封闭支护技术、架棚+锚网支护、U型钢壁后注浆加固等围岩控制技术，在现场应用取得一定的效果[4-7]。山西某矿开采深度平均590 m，在1306 巷掘进时遇到多条断层，原有的巷道施工技术难以确保巷道掘进安全，为此提出采用预先注浆+托顶+U型钢+锚注技术为核心的巷道综合施工技术，实现了巷道安全掘进通过复杂地质构造带。

1 1306 巷工程概况

山西某矿1306 巷设计掘进长度为2 983 m，巷道掘进至590～669 m 范围时时按照-10°坡度掘进，断面为直墙半圆拱形，净高、净宽分别为5 400 mm、4 100 mm。围岩支护采用锚杆+锚索+喷浆联合支护工艺，掘进采用炮掘方式。巷道在掘进至605～650 m 区间范围时中遇到F105 正断层、F12逆断层综合影响，地质构造复杂、围岩破碎，给巷道掘进安全带来明显威胁。

2 综合施工技术方案

2.1 超前预注浆加固

在F105 正断层、F12 逆断层综合影响下巷道掘进区域围岩破碎、地质构造复杂，为此采用管棚注浆法对巷道掘进外轮廓线3m 内岩体进行加固，从而达到封堵围岩裂隙、增强地质构造复杂带围岩稳定性及强度目的。同时施工超前注浆钻孔还可释放一定的围岩应力，避免出现冲击地压问题。

将管棚注浆钻孔沿着巷道顶板下方0.5 m 弧线上布置，间距为0.75 m，注浆孔孔深均为12 m，按照2°仰角施工。注浆时采用的管棚规格为Φ50 mm×10 000 mm。钻孔施工完毕后注入水泥单液浆，注浆压力控制为2.5～3.0 MPa。相邻的两段管棚间有1 m重叠区域。

2.2 托顶+小循环刷扩掘进

在1306 巷掘进迎头采用管棚超前注浆加固后，巷道顶板岩层整体稳定性、完整性得以改善。为了确保巷道掘进安全，在巷道外轮廓线内100 mm 位置施工一排锚杆，锚杆规格为Φ40 mm×2 400 mm，按照500 mm 间距布置，并有10°外插角，从而在巷道掘进前方形成一个支护区，从而提高巷道掘进安全保障能力。在支护区下进行巷道掘进断面刷扩、36U型钢支护。

在巷道中心位置预留宽度2.0 m、高度1.7 m、长度5.0 m的中心岩体，然后沿着中心岩体由上到下刷扩巷道断面，循环掘进进尺控制在0.5 m 以内，具体巷道掘进断面见下页图1 所示。通过在巷道中心位置预留中心岩体，不仅可维持巷道前方岩体稳定性、为架棚支护提供作业平台，而且可降低1306 巷底板3 号煤层突出危险性。当中心岩体长度超过7.0 m 后（长度超过7.0 m 即会影响耙矸机出渣），即可通过炮掘方式掘进中心岩体，并将每次掘进进尺控制在1.0 m 以内。

图1 巷道掘进断面示意图（单位：mm）

2.3 U型钢架棚支护

为了满足巷道使用需要，采用36U型钢支架、喷浆方式对围岩进行支护。36U型钢支架按照0.5 m 棚距布置，架棚完成后采用木板（规格60 mm×40 mm×700 mm）背实。待架棚支护5 m 后进行全断面喷浆支护。喷射的混凝土厚度为200 mm、强度为C20，分2 次喷射，第一次喷射厚度为100 mm，主要起到封闭围岩目的；第二次喷射厚度为100 mm，主要是通过喷浆将U型钢与巷道围岩形成封闭结构，从而提升围岩控制效果并降低甚至避免围岩风化。

2.4 锚注支护

在架棚支护保护下在巷道围岩上施工中空注浆锚杆、中空注浆锚索对围岩进行二次注浆，具体布置见图2。通过注浆提高围岩稳定性及承载能力，采用锚杆、锚索悬吊作用提高围岩控制效果。

图2 锚注支护参数（单位：mm）

浅部注浆通过中空注浆锚杆（规格Φ25 mm×4 000 mm）实现，按照1.0 m×0.5 m 间排距施工；深部注浆通过中空注浆锚索（规格Φ22 mm×7 300 mm）实现2.5 m×2.5 m 间排距施工。浅部、深部注浆采用的注浆浆液均为水泥单液浆，水灰质量比分别为1∶（0.6～0.8）、1∶（0.8～1.0）。浅部、深部注浆压力分别设计为1.5～2.0 MPa、2.5～3.0 MPa，注浆时依据现场注浆需要以及注浆加固效果进行调整。

注浆时先进行浅部注浆，待浅部注浆完成24 h后再进行深部注浆，从而实现注浆浆液在围岩裂隙内的有效充填，提高围岩加固效果。注浆按照由下及上顺序开展。

3 综合施工效果分析

巷道围岩变形反应综合施工效果最为直观，待巷道掘进完成在掘进巷道上间距30 m 布置2 个测点，对围岩变形进行监测，具体监测结果见表1。

表1 围岩变形量监测结果

从巷道围岩变形监测结果看出，巷道顶顶底板变形是主要的围岩变形形式，并以底板底鼓为主，其中底鼓量在监测期间最大为10 mm；顶板下沉量以及巷帮变形量均较小。现场应用表明，文中所提地质构造复杂带巷道综合施工技术取得较为显著的应用成果。

4 结论

1）山西某矿1306 巷掘进过程中受F105 正断层、F12 逆断层综合影响，地质构造复杂、围岩破碎，加之巷道埋深大、地应力高等影响，巷道掘进经过地质构造带时面临围岩失稳变形问题，给巷道掘进及使用安全带来威胁。

2）根据巷道实际情况，提出采用管棚超前注浆方式加固掘进范围内岩层，从而给巷道掘进创造良好条件；通过锚杆托顶确保后续的架棚、喷浆支护安全；采用小循环刷扩掘进降低巷道掘进断面，可实现巷道掘进安全；最后通过架棚、锚注加固后，对围岩进行加固，从而确保巷道岩层稳定。

3）现场应用后，1306 巷围岩变形量最大为10 mm，起到较好的巷道围岩控制效果。