2-208 回风巷断层区域锚网索注联合支护技术应用

高 诚

（霍州煤电集团辛置煤矿，山西 霍州 031400）

断层是地下岩层受力出现断裂，并沿断裂结构面发生显著位移产生的地质构造，断层构造导致完整、连续的岩层出现断裂，并由此加剧了岩层的风化和破碎。因此，断层构造附近围岩应力环境复杂、岩层完整性和承载能力较差，掘进巷道必会遇见断层构造。由于煤层埋深的影响，加上本身强度较低，在遇见断层构造时，其揭露的围岩整体性较差，围岩维护极为困难，极易出现片帮、冒顶等事故[1-2]。在煤矿巷道支护领域，目前主要采用锚杆支护、注浆支护和型钢架棚支护等技术手段。在揭露断层区域，巷道围岩完整性较差、应力环境复杂，单一支护不足以实现巷道的稳定控制[3-5]。以辛置煤矿2-208 回风巷揭露多条断层为工程背景，提出采用锚网索注联合支护技术实现回风巷的快速掘进和稳定控制。

1 工程概况

2-208 工作面位于二叠系山西组2#煤层，2-208工作面回风巷服务于2-208 工作面，用于回风、辅助运输。地质资料显示，工作面开采区域煤层平均厚度4.1 m，平均倾角4°，含2 层夹矸，结构复杂。其直接顶为0～7.5 m（平均3.8 m）厚的灰黑色砂泥岩，基本顶为6～8.2 m（平均7.2 m）厚的灰白色K8 中细砂岩，基本底为4.0～7.8 m（平均5.9 m）厚的灰白色中砂岩。回风巷设计断面采用矩形断面，巷道掘进宽度4.1 m，掘进高度3.9 m，设计掘进长度576 m。根据钻孔探测结果，巷道掘进过程中将陆续揭露F1167、F1166、F1164、F1005 等多条断层，其中，F1167 和F1166 断层落差为5 m，严重威胁到巷道围岩的稳定控制。巷道揭露断层情况见表1。

表1 回风巷揭露断层情况

2 断层区域围岩控制思路和原则

2-208 工作面回风巷掘进揭露多条断层，其围岩应力环境复杂，完整性较差，采掘扰动后易出现严重变形现象，因此，在断层影响区域需采用特殊的支护技术。

（1）断层区域围岩强化加固思路。受断层影响，巷道围岩完整性较差，承载能力较低。为此，可采用破碎围岩注浆强化的方式，利用注浆材料的粘结性，促使破碎围岩形成完整结构，从而提高围岩承载能力。

（2）三高锚杆主动支护原则。大量工程案例表明，锚杆支护具备施工速度快、围岩控制效果好、成本低的优点，采用具备高强度、高刚度杆体制作的锚杆及其组件，通过施加一定的预紧力，在围岩内部形成主动承载结构，充分发挥围岩的自身承载能力。

（3）支护参数合理匹配原则。断层影响区域采用多种支护方联合实现对巷道围岩的稳定控制，根据围岩自身特点，采用相互匹配的支护参数，促使支护结构和围岩形成统一承载体，从而实现巷道围岩的稳定控制。

3 断层区域锚网索注联合支护技术

基于2-208 工作面回风巷生产地质条件，结合断层区域围岩控制思路和原则，提出断层区域锚网索注联合支护方案。巷道为矩形断面，掘宽4.1 m，掘高3.9 m。巷道支护断面如图1，具体技术和参数如下：

（1）断层区域围岩强化支护。采用水灰比1:1.5的硅酸盐水泥进行围岩注浆强化，利用水泥浆液的粘结性，促使破碎围岩形成完整结构，从而提高围岩承载能力。顶板注浆孔长度设计4.0 m，帮部注浆孔长度设计3.0 m，注浆孔直径设计42 mm，注浆管设计采用PVC 管，顶板注浆管长度设计3.0 m，帮部注浆管长度设计2.5 m，注浆管管径设计25 mm，间排距1.4 m×1.6 m。具体参数见图1。

图1 巷道支护断面图

（2）三高锚杆主动支护参数。采用规格为Ф22 mm×L2.4 m 的左旋高强锚杆，配套规格为120 mm×120 mm×12 mm 的蝶形托盘，锚杆间排距设计为0.8 m×0.8m。锚杆采用直径12 mm 的圆钢焊接而成的钢筋梯子梁成排连接，每根锚杆均配套1支K2335 和1 支Z2360 树脂锚固剂，实现锚杆端部加长锚固，保证锚杆锚固力不低于100 kN，设计锚杆预紧扭矩不低于300 N·m。三高锚杆主动支护在围岩内部形成主动承载结构，充分发挥围岩的自身承载能力。顶板采用规格Ф21.8 mm×L7.3 m 的锚索进行加强支护，配套规格300 mm×300 mm×16 mm 的蝶形托盘和专用的高强度锁具，锚索间排距设计为1.4 m×1.6 m。锚索采用直径12 mm 的圆钢焊接而成的双筋钢筋梯子梁成排连接，每根锚索均配套1支K2335 和2 支Z2360 树脂锚固剂，张拉预紧力不低于40 MPa。顶板和帮部均采用10#铁丝编制的菱形金属增加支护结构的护表面积，顶网规格为4.1 m×1.0 m，帮网规格3.8 m×1.0 m。采用相互匹配的支护参数（锚网索注参数），促使支护结构和围岩形成统一承载体，可实现巷道围岩稳定控制。

4 围岩控制效果

将设计的断层区域锚网索注联合支护方案应用于2-208 回风巷揭露断层区域（F1167、F1166、F1164、F1005 断层区域）及两侧各20 m，应用后及时测量巷道变形情况以便优化支护参数。图2 给出了巷道掘进120 d（4 个月）的巷道围岩表面变形量。由图可知，巷道围岩变形主要发生在巷道掘出80 d 内，80 d 后巷道围岩变形量趋于平稳。巷道掘出80 d 内，巷道顶底板岩层平均移近速度为2.01 mm/d，巷道两帮围岩平均移近速度为1.59 mm/d。此时，巷道顶底板岩层移近量为161 mm，巷道两帮围岩移近量为127 mm。掘进稳定后，巷道变形量有所增加，但增加幅度较小。巷道顶底板岩层最大移近量为163 mm，巷道两帮围岩最大移近量为137 mm。整体看巷道顶底围岩变形略大于两帮围岩，其两帮变形滞后于顶底板变形。

图2 巷道变形情况

综上所述，巷道变形后的尺寸仍可满足2-208工作面开采需求，说明了断层区域锚网索注联合支护方案合理、可靠。

5 结论

以2-208 回风巷揭露多条断层为工程背景，提出了断层区域围岩控制思路和原则，包括断层区域围岩强化加固思路、三高锚杆主动支护原则以及支护参数合理匹配原则。基于此，提出采用锚网索注联合支护技术用于实现回风巷断层区域的稳定控制。技术应用后，巷道顶底板岩层最大移近量为163 mm，巷道两帮围岩最大移近量为137 mm，实现了试验巷道的稳定控制，证明了断层区域锚网索注联合支护技术的合理性和可靠性。