松软煤层沿空掘巷“精准治断层”技术实践

李文枫

（安徽恒源煤电股份有限公司任楼煤矿，安徽 淮北 235123）

1 工程概况

图1 Ⅱ7324S 风巷过DF47 断层平面布置

图2 Ⅱ7324S 风巷过DF47 断层层位控制

任楼煤矿Ⅱ7324S 风巷沿空掘进，上邻Ⅱ7322采空区，沿空区段煤柱8 m 左右；上覆Ⅱ7222 采空区，净岩柱为1.7～8.0 m，顶板岩性为泥岩，直接顶离层、易冒落，顶板管理难度较大，瓦斯超限及自然发火风险较高。掘进过程中揭露DF47断层，断层落差12 m 左右，且存在左右摆动现象，大大增加了巷道支护、瓦斯管理及防灭火管理难度。巷道设计断面：B×H=4.6 m×2.7 m，采用锚带网索注支护形式。

图3 Ⅱ7324S 风巷过DF47 断层煤岩性柱状图

2 “精准治断层”技术

图4 超前预注浆断面布置

2.1 超前预注浆加固

Ⅱ7324S风巷过断层、托煤顶及顶板破碎段，采用注浆导流管配合连接套及Φ38 mm 封孔器对巷道顶板煤体进行超前预注浆加固，导流管间距600 mm，打6 m 进4 m，具体施工角度及位置可以根据现场实际情况进行调整。注浆材料为久米纳无机充填加固材料KWJG-4。注浆期间需确保封孔质量，不得跑浆，确保能对顶板煤体起到加固作用［1-2］。

2.2 管缝锚杆超前护顶

超前预注浆后，加密打设管缝锚杆进行超前护顶。施工前，在迎头敲帮问顶之后，采用Φ42 mm的钎花配合风钻，在迎头向前方与顶板夹角5°～10°仰角施工钻孔，孔深度为2 m。钻孔施工好后随即使用大锤将Φ43 mm×2 000 mm 管缝锚杆砸入孔内［3］；打设管缝锚杆时必须从巷中向两帮逐根打设，间距不大于200 mm，护顶锚杆的护顶步距为两排，即每施工两排就必须打设一次护顶锚杆。

图5 超前预注浆剖面布置

图6 超前护顶管缝锚杆平面布置（单位/mm）

图7 超前护顶管缝锚杆剖面布置（单位/mm）

图8 超前护顶管缝锚杆现场实拍

2.3 长短锚索交替支护

巷道过断层施工期间，结合顶板窥视资料，动态差异化调整中空注浆锚索长度，确保锚索锚固端位于岩层之中：顶部支护采用Φ21.8 mm×3 500 mm 中空注浆锚索代替原Φ22 mm×2 400 mm左旋无纵筋等强螺纹锚杆，间排距750 mm×800 mm，每排7 根，预紧力不小于240 kN；顶部加固采用Φ21.8 mm×5 300 mm (6 300 mm、8 300 mm）中空注浆锚索，间排距800 mm×800 mm，每排5根，预紧力不小于240 kN。顶板中空注浆锚索每施工一排后，立即安排注浆进行全长锚固，注浆材料为久米纳无机充填加固材料KWJG-3。充分利用中空注浆锚索实施围岩注浆加固技术，提高围岩自身承载能力，同时从增加预紧力入手，提高巷道支护质量。

2.4 窄煤柱注浆加固

高地应力松软煤层沿空掘巷在回采时，受超前压力影响，易出现涨帮、顶板下沉等断面缩小现象，特别是在过断层期间，顶帮压力显现明显，既影响巷道通风，又限制两巷超前支护。Ⅱ7324S 风巷沿空帮在常规帮部支护的基础上采用“W”钢带配合Φ21.8 mm×6 300 mm 中空注浆锚索对帮部进行补强支护，锚索位于帮部锚杆之间，间排距为800 mm×800 mm，每排3 根，角度为45°仰角，预紧力为100 kN。同时，采用窄煤柱注浆加固技术，取消窄煤柱帮部喷浆封闭，利用注浆导流管代替注浆锚杆，实现深孔注浆，通过浆液在围岩内的扩散，填充了煤体内部裂隙，形成了支撑骨架，提高了围岩强度。帮部注浆材料为久米纳矿用无机加固复合砂浆KWJG-1。

图9 巷道支护断面

图10 窄煤柱注浆加固断面

图11 窄煤柱注浆加固开孔位置

图12 窄煤柱注浆加固现场实拍

2.5 喷、注浆封堵

为有效治理瓦斯，防止瓦斯溢出及空气进入采空区。对巷道过断层前后10 m 范围顶板进行喷注、注浆封堵。喷浆采用M 32.5 砌筑水泥，喷浆厚度50 mm［4］；注浆采用Φ20 mm×2 000 mm 注浆锚杆，间排距1 400 mm×1 400 mm，每排3 根，注浆压力不小于2.0 MPa，注浆材料为久米纳无机充填加固材料KWJG-1。

图13 注浆锚杆布置

3 技术措施

“精准治断层”其核心工艺流程∶先对巷道顶板进行超前预注浆加固，再进行管缝锚杆超前护顶，然后进行顶板支护及注浆，接着进行帮部支护及注浆，最后进行喷、注浆封堵。为确保“精准治断层”工艺顺利实施，需制定并严格实施安全技术措施。

1）遵循“先超前加固护顶，再掘进支护通过”的原则，以确保顶板完整。

2）进行超前钻孔时，必须严格控制钻孔角度，钻孔与钻孔之间保持平行，确保钻孔在巷道轮廓线位置。

3）注久米纳无机充填加固材料（KWJG-1、KWJG-3、KWJG-4）时必须严格按照说明书要求的水灰比和注浆压力执行。

图14 巷道过断层施工流程

4 结语

Ⅱ7324S风巷采用“超前预注浆加固—管缝锚杆超前护顶—长短锚索交替支护—窄煤柱注浆加固—喷、注浆封堵”全断面一次过断层施工技术，安全通过DF47断层，并顺利揭开了煤层。

通过围岩在线监测系统实时监测顶板位移变化，并辅以围岩移近量观测、顶板离层仪监测、锚杆（索）应力传感器监测、窥视孔验证等手段，全面监测支护效果。

经现场监测，巷道顶、底板及两帮变形量小于50 mm，巷道支护质量稳定。应用新型注浆材料，完善矿压监测手段，最终实现高地应力松软煤层沿空掘巷“精准治断层”目的。可为其他巷道过断层施工提供经验借鉴。