顶板淋水巷道过断层时围岩控制技术研究

郭 忍

（汾西矿业集团高阳煤矿，山西 孝义 032300）

陷落柱、断层、褶曲以及煤岩破碎带等地质异常区会给井下煤炭回采以及巷道掘进来较大影响[1-3]。特别是回采巷道顶板含水时，巷道掘进过断层期间在顶板淋水作用下围岩会出现软化，巷道支护面临围岩破碎、淋水以及围岩弱化等多种不利因素，给巷道支护带来较大制约。因此，强化顶板含水巷道掘进过地质构造围岩控制研究，对提高巷道掘进效率以及安全保障能力等均有显著的促进意义。

1 工程概况

20702 综采工作面回采7 号煤层，煤层厚度2.8 m、埋深420 m、倾角5°，赋存稳定，为矿井主采煤层。20702 工作面倾向长208 m、推进长度1 805 m，采面回风巷设计掘进距离1 859 m，巷道净断面积为8.75 m2，净宽×净高=3.5 m×2.5 m，采用锚网索支护围岩，巷道采用综掘方式掘进。7 号煤层基本顶为K2 灰岩（9.5 m 厚），裂隙发育；直接顶以及直接底均为炭质泥岩，其中顶板厚3.6 m、底板厚4.2 m，遇水容易膨胀变形；基本底为粉砂岩（厚7.8 m）。

20702 回风巷掘进过程中围岩涌水主要来源于顶板灰岩层裂隙水，巷道掘进期间正常涌出量为0.05 m3/h，最大涌水量为0.23 m3/h。根据已有地质资料显示，回风巷掘进过程中会揭露F203 断层（H=1.2～1.8 m，130°∠42°），预计断层有一定导水性，同时断层带内煤岩体破碎，从而给巷道正常回采带来较大制约。

2 围岩控制技术

2.1 超前地质探测

掌握回风巷掘进前方断层具体赋存参数并针对性采取围岩加固以及防治水措施，对提高巷道围岩控制能力以及掘进安全具有显著促进意义。为此，在回风巷与F203 断层断层相距15 m 之前，提前在接近迎头布置探测钻孔，详细确定断层与巷道位置关系、断层赋存参数（产状、落差等）、断层导水性以及断层带内煤岩体赋存情况。根据探测结果明显巷道掘进至断层影响区具体位置，从而便于针对性制定措施。

2.2 超前注浆加固

在20702 回风巷与F203 断层相距5 m 时，在巷道掘进迎头位置布置超前注浆加固钻孔，对断层影响区进行加固并封堵潜在的导水裂隙。在注浆钻孔施工过程中若出现钻孔涌水则严禁拔出钻杆，应依据预案进行处理。注浆钻孔封孔深度在2～3 m，钻进深度在5～8 m，钻孔布置2 排，上排钻孔距离顶板300 mm、布置4 个且有10°仰角，钻孔间间距为1 200 mm；下排钻孔距巷道顶板1 500 mm，布置3 个且均垂直迎头煤壁，钻孔间间距为1 800 mm。具体注浆钻孔布置见图1 所示。注浆材料选择水泥单液将，注浆压力控制在2～5 MPa。

图1 注浆钻孔布置示意图

2.3 巷道支护设计

2.3.1 缩小掘进进尺及强化临时支护

在断层带附近煤岩体破碎，同时在顶板淋水影响下煤岩体承载能力以及稳定性较差，从而增加巷道掘进迎头顶板控制难度。为降低巷道掘进对围岩扰动，提出缩小掘进进尺量并降低空顶距，巷道掘进后及时对围岩进行支护，具体将巷道单循环掘进进尺由1 600 mm 缩小至800 mm。在巷道破煤后，采用π 型钢+单体对顶板进行临时支护，采用的单体间距为1 000 mm；巷道临时支护完成后及时进行永久支护，从而缩小巷道围岩变形量。

2.3.2 顶板锚索补强支护

正常条件下巷道顶板布置5 根锚杆进行支护，锚杆间距×排距=800 mm×800 mm；在巷道中线位置间隔1 排锚杆布置1 根锚索，锚索间距1 600 mm。为提高巷道过断层期间顶板岩层稳定性，在巷道掘进距离断层5 m 时开始使用在巷道顶板上增加布置锚索对顶板进行补强支护。增加布置2 根锚索，间排距均为1 600 mm。并与原有的锚索呈二·一·二”布置形式，具体巷道顶板锚索布置见图2 所示。

图2 补强锚索布置示意图

2.3.3 架棚支护

在巷道掘进至断层破碎带时，为提高巷道表层岩体支护强度，采用架棚对围岩进行支护。架棚棚距为1 000 mm，由单体+π 型钢组成。

2.3.4 巷道表层喷浆

由于20702 回风巷顶底板岩层均为泥岩，岩层遇水后容易弱化且有膨胀变形情况发生，增加巷道围岩变形量。为提高围岩控制效果，在巷道围岩永久支护完成后，即对围岩进行喷浆。喷浆采用C25 混凝土，顶板喷浆厚度控制在100 mm 以上、巷帮喷浆厚度控制在50 mm 以上，通过喷浆及时封堵巷道表层岩体裂隙并降低空气对围岩风化影响。

2.4 围岩支护效果分析

在20702 回风巷掘进过F203 断层断层期间，对巷道涌水量以及围岩变形量进行监测。发现巷道过断层期间顶板以及巷帮等均未出现淋水问题，同时巷道顶板、巷帮在监测期间（30 d）最大变形量分别为59 mm、27 mm，围岩变形量较小。

通过现场监测可判定，文中提出的支护措施可满足20702 回风巷掘进过F203 断层时围岩控制需要。

3 结论

地质构造是影响巷道掘进安全以及掘进效率的主要因素之一，巷道掘进过地质构造期间应依据现场条件采取针对性围岩控制措施，以便达到提高围岩控制效果及促进巷道掘进效率目的。20702 回风巷顶板K2 灰岩中含有一定的裂隙水，巷道顶板以及底板均为泥岩，遇水容易膨胀变形，巷道淋水会影响围岩稳定性。回风巷掘进期间会揭露F203 断层，预计掘进过断层期间围岩涌水量会有所增加，同时断层破碎带煤岩体破碎，给巷道围岩控制带来较大挑战。

为此，提出采用超前探测方式掌握断层详细参数，并提出超前逐渐对断层导水通道进行封堵，避免巷道掘进期间顶板淋水量增加，同时使用锚索对顶板进行补强避免出现顶板下沉量较大情况；采用架棚强化巷道表层岩体支护，控制变形量；喷浆对巷道表层裂隙进行封堵，降低淋水以及空气对围岩影响。现场应用后，巷道过断层期间顶板、巷帮最大变形量分别为59 mm、27 mm，取得较好应用成果。