建新煤矿4206 回风巷断层区域差异性控制技术应用

田 凯 刘向阳

（1.陕西省煤田物探测绘有限公司，陕西 西安 710005；2.陕西省一九四煤田地质有限公司，陕西 铜川 727007）

我国煤矿巷道揭露的地层复杂多变，常常遇到断层、陷落柱等地质构造，采掘活动扰动后，巷道易出现大变形[1-2]，严重时诱发围岩结构失稳等动力灾害，危害矿井安全生产[3-5]。本文以建新煤矿4206 回风巷揭露F7、F8、F9 正断层为工程背景，遵循断层区域差异性控制思路和原则，设计了正常区域和断层区域差异性支护技术，并应用于现场。

1 工程概况

建新煤矿4206 综采工作面位于42 盘区，工作面开采4-2#煤层，工作面位于42 盘区东部，呈西南-东北方向布置，西界为4204 工作面，东界为4208工作面，北界为盘区边界，南界为大巷保护煤柱。工作面开采区域煤层厚度在2.9～13.3 m 之间，平均8.5 m，倾角3°，煤层结构简单，发育1～3 层夹矸，属于近水平稳定煤层。工作面基本顶为细砂岩，厚度23.16 m，属稳定顶板；直接顶为粉砂岩、砂质泥岩、粗粒砂岩，厚度1.45 m，属较稳定性顶板，局部存在泥岩、炭质泥岩的伪顶结构，厚度0.35 m；直接底以泥岩为主，少量灰黑色炭质泥岩，厚度1.15 m，遇水易膨胀，属不稳定性底板；基本底为细砂岩，厚度2.93 m，属稳定性底板。4206 回风巷246 m、346 m、882 m 时将分别揭露F7、F8、F9 正断层。F7 断层，走向260°，倾向50°，倾角65°，落差4.5 m；F8 断层，走向220°，倾向135°，倾角70°，落差8 m；F9 断层，走向240°，倾向120°，倾角60°，落差13 m。0075-1 标注

图1 4206 回风巷采掘平面图

2 断层区域差异性控制思路和原则

试验巷道揭露F7、F8、F9 正断层，采掘活动扰动后，巷道易出现大变形，需加强支护。

（1）破碎区域注浆改性强化围岩。试验巷道揭露F7、F8、F9 正断层区域围岩遍生裂隙，加之巷道在煤层内掘进，煤层节理发育，无法有效承载围岩变形，采用破碎区域注浆改性强化围岩承载能力。

（2）高强主动支护和利用顶板承载能力原则。高强度、高预紧力锚杆（索）支护具备良好的支护效果且成本低[6-10]，因此，采用高强主动支护，同时利用较长的高强度锚索将浅层围岩形成的支护结构悬吊至基本顶坚硬岩层，充分利用顶板的承载能力。

（3）支护构件相互匹配。采用相互匹配的托盘、锁具等支护构件，配套性能良好的金属网、钢筋梁、钢带等材料，保证支护结构的长时有效。

3 断层区域差异性控制技术

4206 回风巷采用矩形断面，掘宽5200 mm，掘高4400 mm，采用断层区域差异性控制技术。

3.1 正常区域巷道支护技术与参数

采用锚网索联合支护。顶锚杆直径22 mm、长度2.4 m，帮锚杆直径20 mm、长度2.2 m，每排7根，间排距0.8 m×1.0 m，预紧扭矩300N·m；顶锚索直径18.9 mm、长度6.3 m，每排2 根，间排距2.0 m×2.0 m，张拉预紧力45 MPa；顶帮金属网均采用Φ3.4 mm 铁丝编制的菱形金属网，规格分别为5600 mm×1100 mm、4200 mm×1100 mm。如图2。

图2 正常区域巷道支护断面（mm）

3.2 断层区域巷道支护技术与参数

巷道揭露断层前后30 m 范围内采用锚网索注联合支护。顶锚杆Φ22 mm、长2.4 m，帮锚杆Φ22 mm、长2.2 m，间排距0.8 m×0.8 m，预紧扭矩300 N·m；顶锚索Φ21.6 mm、长8.3 m，每排3 根，间排距1600 mm×1600 mm，张拉预紧力45 MPa；顶帮金属网均采用直径6.0 mm 铁丝编制的菱形金属网，规格分别为5600 mm×1100 mm、4200 mm×1100 mm。注浆材料为硅酸盐水泥浆液，水灰比1:1.5，注浆孔深4.0 m，注浆管长2.5 m，顶板注浆孔间排距1600 mm×1600 mm，帮部注浆孔间排距1800 mm×1600 mm，注浆压力为1.5～2.5 MPa。

图3 揭露断层前后30 m 范围巷道支护断面（mm）

4 工业性试验

断层区域差异性控制技术应用于4206 回风巷后进行巷道变形监测，如图4、图5。正常区域和断层区域巷道掘进稳定时间分别为80 d、110 d，正常区域巷道顶底变形79 mm，变形速度0.99 mm/d，两帮变形62 mm，变形速度0.78 mm/d；断层区域巷道顶底变形126 mm，变形速度1.09 mm/d，两帮变形93 mm，变形速度0.85 mm/d。由于断层区域巷道围岩破碎，虽然采用注浆加固，但相比正常区域其稳定时间和变形量均较大。整体来看，4206 回风巷正常区域和断层区域巷道变形在可控范围内，证明了断层区域差异性控制技术和参数的可靠性。

图4 正常区域巷道变形曲线

图5 断层区域巷道变形曲线

5 结论

（1）4206 回风巷揭露多条断层，受构造应力影响，采掘扰动后，应力重新分布，巷道围岩体极易出现大变形，提出了断层区域差异性控制思路和原则，包括破碎区域注浆改性强化围岩、强主动支护和利用顶板承载能力原则、支护构件相互匹配。

（2）设计了断层区域差异性控制技术，并应用于现场，正常区域巷道顶底变形79 mm，两帮变形62 mm，断层区域巷道顶底变形126 mm，两帮变形93 mm，断层区域巷道掘进稳定时间和变形量均较大。