巷道掘进过断层破碎带支护技术研究

苏 朋

（山西汾西宜兴煤业有限责任公司，山西 孝义 033000）

引言

巷道是煤炭开采运输、通风以及行人的通道，受地质构造、煤层赋存条件以及水文、巷道支护参数等因素影响，回采巷道掘进后常出现顶板冒落、煤壁片帮、底鼓、围岩严重变形以及渗水等情况，给巷道正常使用带来威胁[1-4]。因此，针对掘进巷道围岩性质，采取针对性围岩控制技术对确保巷道正常使用具有重要意义。随着矿井采掘深度增加，回采巷道掘进受到地质构造影响更趋明显，巷道掘进过断层、陷落柱以及褶曲等构造时往往出现围岩破碎、构造应力发育、围岩稳定性差等问题[5]。特别是巷道掘进过断层破碎带时，围岩控制较为困难。为此，众多研究学者从巷道掘进断面、掘进方式、施工安排以及支护形式等展开研究，并提出架棚、注浆、锚网索支护等多种围岩支护形式[6-7]。文中以山西某矿1506 巷掘进过DF21 断层为工程实例，提出采用注浆+U 型钢架棚+锚网喷方式控制围岩变形，取得较好应用成果。

1 1506 巷工程概况

山西某矿1506 巷沿着5 号煤层底板掘进，巷道设计掘进距离为590 m、半圆拱断面，采用综合机械化方式掘进。5 号煤层赋存地质条件较为复杂，现开采区域整体位于一褶曲背部。5 号煤层厚度平均5.9m，煤层倾角10°，属于全区可采煤层。前期物探资料显示，1506 巷掘进范围内会揭露DF21、DF26 等多条断层，其中DF21 断层对巷道掘进有较为显著影响。

5 号煤层上覆有厚度0.26 m 泥岩伪顶、赋存不稳定；直接顶以泥岩为主、局部为粉砂岩，厚度为3.6m；基本顶以细砂岩、粗砂岩为主，厚度为4.6 m；直接底为泥岩、砂质泥岩互层，厚度为2.8 m。5 号煤层顶底板岩层中的泥岩、砂质泥岩软化系数较高、孔隙率大、承载能力较低，遇水时容易泥化。

2 掘进过断层破碎带围岩支护技术

1506 巷掘进过DF21 断层破碎带时，受到围岩破碎、裂隙发育等影响，巷道围岩极其容易出现片帮、冒顶事故。为此，提出以注浆、锚网喷+U 型钢为核心的围岩支护技术方案。

2.1 超前预注浆

为了确保巷道安全掘进过断层破碎带，为掘进迎头安全施工创造良好条件，提出使用注浆方式对断层破碎带内围岩进行加固。考虑到5 号煤层顶底板岩层为孔隙率大、承载能力较低以及遇水时容易泥化的泥岩，注浆时不宜采用析水率相对较高的水泥浆液，为此，注浆材料选用聚氨酯。聚氨酯具有黏度低、可注性好、流动性优异以及胶结后强度高等优点。

具体巷道内施工的注浆孔见图1 所示，使用注浆管聚氨酯注入到断层破碎带内，注浆孔孔深为4.0m、注浆压力选择为0.8 MPa，待注浆时间满20 min 后即可停止注浆，注浆完成15 min 后即可开始掘进巷道。

图1 巷道内施工的注浆孔示意图

2.2 锚网喷、U 型钢支护

待巷道掘进至断层破碎带时，由于提前在断层破碎带内注入有聚氨酯，断层破碎带内岩体整体稳定性以及强度均得以显著提升，从而可为后续锚杆、锚索以及U 型钢架设等提供良好条件。围岩支护时使用的锚杆规格为Φ20 mm×2 600 mm，间排距按照1 000 mm×1 000 mm 布置，采用树脂锚固剂锚固，锚固力以及抗拉强度分别为60 kN、190 MPa，锚杆支护时配套使用的长×宽×厚=250 mm×250 mm×10 mm 金属托盘；在巷道表层铺设长×宽×厚=3 000 mm×3 000 mm×4 mm 菱形金属网；锚杆、金属网铺设完毕后，在巷道表层喷雾一层强度为C30 的抗渗混凝土，厚度为80 mm。具体断层破碎带内锚网喷、U型钢支护设计图见图2 所示。

图2 锚网喷、U 型钢支护设计图

3 断层破碎带围岩支护效果分析

为了掌握巷道掘进过断层破碎带期间采用的注浆、锚网喷以及U 型钢支护效果，对巷道围岩变形量进行监测。在断层破碎带内间隔15 m 布置2 个测站，每个测站内均布置3 个测点，从而实现对顶板、两侧巷帮变形量进行测定。具体2 个测站获取到的顶板下沉量以及巷帮收敛变形量曲线见图3 所示。

从图3 看出，两侧测站获取到的顶板、巷板变形量曲线变化趋势类型，围岩变形量在前7 d 内变化较为明显，后续变形基本区域稳定。两个测站监测获取到的顶板最大下沉量分别为30.5 mm、44.3 mm，巷帮收敛量分别为25.6 mm、35.4 mm，测定的巷道围岩变形量均在稳定范围内。2 号测站监测得到的围岩变形量较1 号测站较大，分析主要是由于2 号测站范围内有一定的涌出，从而导致围岩变形量有所增加，但是通过使用注浆、锚网喷、U 型钢支护，可有效遏制围岩变形。

图3 测站顶板以及巷帮变形量监测结果

4 结论

1）断层是影响巷道掘进安全常见的地质构造类型，受到断层影响，断层破碎带内煤岩体裂隙较为发育，会给巷道掘进安全带来较大威胁。巷道掘进过断层破碎带时若不采取针对性的围岩控制措施极其容易出现顶板淋水、煤壁片帮、顶板冒落以及支护结构失效等问题。

2）采用超前注浆、锚网喷、U 型钢方式对围岩进行控制，并根据掘进工作面实际情况对注浆、围岩支护参数进行设计。现场应用后，断层破碎带内巷道顶板、巷帮最大变形量分别控制在44.3 mm、35.4 mm，围岩变形在允许范围内。