回采巷道掘进过断层围岩支护技术研究

贺 健

（山西汾西矿业（集团）有限责任公司双柳煤矿，山西 柳林 033300）

引言

巷道掘进时遇到岩性较差区域时容出现顶板冒落、变形量过大以及突水等安全事故，针对此类地质条件采取针对性围岩控制措施对提高巷道掘进安全具有重要意义[1-2]。现阶段矿井普遍采用锚网索方式支护巷道围岩，当锚杆、锚索锚固端岩层稳定性较差时，难以有效控制围岩变形[3-5]。断层是巷道掘进过程中常见地质构造，在断层影响区域内岩层破碎，从而给巷道正常掘进带来影响[6]。山西某矿3505 运输巷在掘进过程中揭露DF15 断层，在断层影响带附近受围岩破碎、岩体自身承载能力不足等因素影响，巷道围岩控制困难，为此在过断层期间提出采用“注浆+预应力锚杆+U 型架棚”方式控制围岩变形，现场取得较好围岩控制效果。

1 工程概况

3505 运输巷位于3 采区北侧，沿着3#煤层顶板掘进，煤层厚度平均3.8m，倾角3°，埋深平均580 m。受到区域地质构造影响，3#煤层顶板岩层破碎、裂隙发育，为此运输巷断面设计为直墙半圆拱型，断面积为20.9 m2。依据已有地质资料，3505 运输巷掘进过程中会揭露DF15 断层（H=0 m～36 m，129°∠63°），断层破碎带宽度约30m。在DF15 断层影响区范围内3#煤层影响倾角有所增加。顶板岩层岩性为厚度4.8 m 砂质泥岩、底板为厚度6.5 m 铝质泥岩。

2 巷道掘进过断层支护方案

依据掘进巷道地质条件、DF15 断层赋存情况，在巷道掘进过断层期间提出采用“注浆+预应力锚杆+U 型架棚”方式控制围岩变形，为巷道后续使用创造良好条件。

由于断层破碎带内岩体裂隙发育，往往是优良的导水通道，因此在注浆加固前在掘进迎头位置先施工混凝土挡水墙，确保注浆安全。

施工的挡水墙厚度为2.0 m，采用C30 混凝土砌筑，通过分层浇筑、振捣提高墙体稳定性，单次浇筑的混凝土层厚度为400 mm。

2.1 注浆加固方案

在DF15 断层破碎带附近掘进时，围岩破碎，可能出现大范围顶板冒落、涌水以及围岩变形加剧等问题。为此，采用注浆方式加固断层破碎带，以便封堵导水裂隙、提高破碎围岩自身承载能力以及稳定性。注浆钻孔布置在巷道顶部，沿着中轴线对称布置，注浆加固范围为断层破碎带前后15 m，即与断层破碎带相距15 m 时即开始注浆、掘进过断层破碎带15 m 后停止注浆，注浆加固长度共计60 m。布置的注浆孔孔径为85 mm。在注浆孔空口安装外径130 mm、内径108 mm 孔口管。具体过断层期间注浆孔布置，如第161 页图1 所示。

图1 注浆孔布置示意图

注浆浆液选择水泥单液浆，选用水泥型号为矿渣硅酸盐水泥，根据现场注浆需要按照2∶1、1∶1以及0.75∶1 水灰质量比进行配制。钻孔注浆压力选择为3 MPa～5 MPa，根据现场条件以及经验公式计算得到钻孔注浆量为1 950 m3。

2.2 锚杆索支护设计

通过注浆后可提高断层破碎带岩层稳定性，采用锚杆索可进一步提高围岩承载能力，满足围岩控制需要。支护采用的锚杆均为螺纹钢锚杆，规格为Φ22 mm×2 200 mm，间排距均设计为700 mm；采用的锚索规格为Φ21.6 mm×7 500 mm，间排距为1 600 mm×1 800 mm。锚杆、锚索施工完成后均施加一定的预紧力，提高围岩控制能力。

2.3 U 型架棚支护

巷道在掘进过断层破碎带期间采用短掘短支方式，通过降低一次破岩距离来达到降低围岩变形量目的。在3505 运输巷掘进过运输巷期间使用U29钢支架支护围岩，待掘进形成毛断面后，首先进行初喷（喷射厚度50 mm、材料为C20 混凝土），随后使用U29 支架（规格5 500 mm×4 700 mm）。架棚支护时顶梁两端与棚腿弯曲部间留设450 mmd 搭接宽度。在搭设顶梁时，使用木板、管架、钢管等搭设施工平台。

3 围岩控制效果分析

在3505 运输巷掘进过DF15 断层期间，采用注浆、锚网索、架棚等方式对断层破碎带围岩进行支护。在断层破碎带内布置测点对支护后的围岩变形量进行监测，具体监测结果，如图2 所示。

图2 围岩变形量监测结果

从监测结果看出，在监测期间围岩前10 d 变化较大，其中顶板变形速度最大为2.5 mm/d、下沉量最大为34 mm；巷帮变形速度最大为4.8 mm/d，变形量最大值为47 mm；随着支护时间增加，围岩变形量增加速度逐渐降低，最终支护完成40 d 后围岩变形趋稳，顶板、巷帮最大变形量分别控制到52 mm、93 mm，围岩变形量整体较小，同时在运输巷掘进过断层期间围岩未出现淋水。运输巷掘进期间采用的围岩支护技术可满足断层破碎带围岩控制需要，不会给后续使用带来威胁。

4 结语

断层是煤炭开过程中常见地质构造，3505 运输巷掘进过断层破碎带期间面临的主要问题是断层破碎、自身承载能力不足、围岩涌水等因素导致。提高围岩自身稳定性以及强度是确保巷道围岩稳定的关键。为此，3505 运输巷掘进过DF15 断层期间综合使用“注浆+锚网索+架棚”支护方式，通过超前注浆提高断层破碎带岩体稳定性，采用锚网索构成主动支护，使用架棚构成被动支护。现场应用后，3505 运输巷掘进过断层期间围岩未出现涌水，同时顶板、巷帮变形量分别控制在52 mm、93 mm 以内，取得较为显著的围岩控制效果。