掘进巷道过断层围岩支护技术研究

李锡凯

（山西汾西宜兴煤业有限责任公司，山西 孝义 032300）

0 引言

断层是煤炭采掘活动常见地质构造，掘进巷道过断层时往往面临掘进效率低下、围岩破碎以及支护难度大等问题，同时在过断层期间在构造应力、地应力及掘进扰动等多因素影响下，掘进迎头容易出现冒顶事故，给掘进安全带来较大威胁[1-3]。众多的学者及工程技术人员对巷道掘进过断层围岩应力演化、支护技术等展开研究，并总结归纳巷道过断层期间围岩应力、位移变化规律；针对围岩破碎、变形量大以及容易冒顶等问题，提出采用管棚、超前注浆、耦合支护等多种技术手段控制围岩，现场应用取得较好应用成果[4-8]。山西某矿11505 运输巷掘进范围内地质构造发育，掘进期间会揭露多条段断层，给巷道掘进安全及掘进效率等均带来制约，文中就11502 运输巷掘进过断层时采取得围岩支护技术展开阐述。

1 11505 运输巷概况

11505 运输巷设计掘进长1817 m，矩形断面（宽×高=4500 mm×3000 mm），巷道沿11 号煤层底板掘进。11 号煤赋存稳定，依据邻近采面（11502 工作面）及待采的11503 工作面回采巷道掘进揭露情况，预测11505 工作面回采范围内11 号煤层厚度介于7.24～8.59 m，煤层结构复杂，中间夹杂3～6 层碳质泥岩、粉砂岩及泥岩矸石，夹矸层厚度合计0.58～1.23 m。11 号煤层顶底板岩性参数如表1 所示。

表1 11 号煤层顶、底板岩性

依据已有物探资料以及邻近采掘工作面揭露现实，预计11505 运输巷在掘进期间会揭露多条断层，具体揭露的部分断层参数如表2 所示。其中F1、F2 及F3 断层落差在0.45～0.79 m 以内，对巷道掘进影响较小；F4、F5 断层落差在1.1～1.7 m，对巷道掘进影响程度中等，且巷道均已顺利通过上述断层；在巷道掘进前方赋存的F6 断层预计落差为5.2～8.6 m，断层给巷道掘进带来较大影响。因此，需要针对F6 断层赋存特点及对巷道掘进影响，针对性采取围岩支护技术。

2 巷道掘进过断层围岩控制技术

2.1 断层参数探测

由于F6 断层参数仅通过已有的物探资料大致确定，具体赋存参数不详，为精准掌握F6 断层赋存情况，在11505 运输巷掘进距F6 断层5 m 时，用钻探探测F6 断层。迎头布置2 个钻孔，分别在左帮、右帮距离顶板1 m 位置，倾角分别为2°、10°，沿着巷道掘进方向布置，具体探测钻孔揭露断层情况如图1 所示。通过布置探测钻孔确定F6 断层落差为6.5 m，断层破碎带宽度约为5.0 m，在上下盘靠近断层破碎带位置煤岩体破碎，巷道成孔较差。预计11505 运输巷在F6 断层影响范围内掘进时容易出现冒顶、片帮等问题。

图1 巷道迎头探测钻孔布置示意图

2.2 巷道围岩支护技术

11505 运输巷掘进用EBZ-200 综掘机，由于F6断层为正断层，巷道由上盘进入下盘，因此巷道掘进时需要破顶。在F6 断层影响范围内围岩破碎，因此用注浆+超前钢管方式加固破碎围岩，后用锚网索进行永久支护。

2.2.1 超前注浆

11505 运输巷与F6 断层相距5 m 时，即在掘进迎头布置注浆孔对断层影响区进行加固，提高断层影响范围内破碎、不稳定煤岩体强度及承载能力。具体迎头注浆采用的设备及注浆材料如表3 所示。

表3 注浆设备及参数

在11505 运输巷迎头顶板布置按照1200 mm 间距布置4 个注浆钻孔，钻孔仰角均为30°；在巷帮位置各布置3 个注浆钻孔，注浆孔平行巷道掘进方向且与巷帮间有30°外插角。具体注浆参数如表4 所示。

表4 注浆参数

2.2.2 超前钢管支护

在11505 运输巷过F6 断层时围岩破碎，顶板岩性以破碎的泥岩、碳质泥岩及中粒砂岩等为主，根据11505 运输巷及F6 断层影响范围内现场情况，提出通过超前管棚对F6 断层破碎煤岩体进行加固，避免巷道掘进时出现冒顶问题。在断层破碎带支护采用的超前钢管规格为Φ40 mm×2000 mm，超前钢管均布置在迎头顶板上，布置间距为300 mm、仰角30°。在过断层期间适当缩小掘进进尺，控制在800 mm 内，掘进迎头空顶距控制在200～1000 mm。具体巷道过断层期间超前钢管布置如图2 所示。

巷道掘进后采用全锚索支护并用锚网强化围岩表面支护强度。顶板支护用4 根Φ17.8 mm×6300 mm锚索、2 根Φ17.8 mm×11800 mm 锚索，间排距分别为1200 mm、1200 mm，2400 mm、2400 mm，支护用锚索用W 钢带（220 mm×4 mm×4400 mm）连接；锚索施加超过130 kN预紧力。巷帮用Φ18 mm×2200 mm锚杆支护，间排距1200 mm、1200 mm。顶板及巷帮全断面铺设金属网。

3 围岩支护效果分析

为掌握11505 运输巷过F6 断层期间围岩控制效果，在断层影响区内按照5 m 间距布置2 个观测点，具体监测得到顶板下沉结果如图3 所示。从监测结果看出，2 个观测点顶板下沉量变化曲线基本一致且变形量相差在5 mm 以内；围岩支护完成40 d 后顶板下沉量基本趋于稳定，期间监测到顶板最大下沉量分别在89 mm、85 mm，顶板岩层保持稳定，金属网未有网兜情况出现；巷道在断层影响区内掘进时迎头煤壁以及破碎顶板始终保持稳定，未有冒顶或者片帮征兆。现场应用表明，在巷道过断层破碎带时，采用超前注浆、超前钢管组合方式可实现破碎顶板有效控制，避免掘进期间出现冒顶、片帮问题，同时使用全锚索对顶板进行永久支护，可避免变形量大问题。

4 结论

1）11505 运输巷掘进会揭露F6 断层，采用钻探方式F6 断层赋存情况及参数，发现F6 断层影响范围内顶板破碎，在构造应力、地应力及掘进扰动等综合作用下容易出现冒顶、片帮以及围岩变形量大等问题，给巷道掘进安全及后续使用带来影响。根据现场条件提出通过超前注浆+超前钢管方式对破碎顶板进行控制，避免掘进时出现冒顶或者片帮等问题；顶板用全锚索+W 钢带+金属网方式实现围岩变形量控制。

2）对超前注浆、超前钢管及巷道永久支护方案进行设计，现场应用后，11505 运输巷在F6 断层影响范围内掘进期间顶板及迎头煤岩体始终保持稳定，未有冒顶或片帮征兆出现；同时支护完成后巷道顶板最大下沉量控制在89 mm 以内，围岩变形量整体较小。