文/翟來(lái)軍

小屯礦斷層區(qū)沿空留巷圍巖穩(wěn)定性分析及其控制

文/翟來(lái)軍

沿空留巷具有提高煤炭資源采出率、減少巷道掘進(jìn)量、緩解采掘接替矛盾、實(shí)現(xiàn)Y型通風(fēng)、治理瓦斯超限等優(yōu)點(diǎn)，一直是煤炭開(kāi)采技術(shù)的重要發(fā)展方向。但由于沿空留巷無(wú)法避免采動(dòng)支承應(yīng)力重新分布過(guò)程中的劇烈作用，巷道需要經(jīng)受兩次采動(dòng)影響，礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，尤其是遇到斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造，巷道圍巖裂隙發(fā)育，破碎程度加劇，大大增加了巷道維護(hù)的難度。因此，對(duì)于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的工作面，能否有效控制和適應(yīng)巷道圍巖變形就成為應(yīng)用沿空留巷技術(shù)的關(guān)鍵。為保障峰峰集團(tuán)小屯礦92502綜放工作面沿空留巷安全、快速通過(guò)落差為8m的斷層，基于該工作面工程生產(chǎn)條件，本文具體分析了斷層構(gòu)造對(duì)沿空留巷穩(wěn)定性的影響，制定并實(shí)施了一系列過(guò)斷層措施和巷道支護(hù)優(yōu)化方案，有效控制了此類(lèi)巷道的失穩(wěn)變形。

一、工作面概況

92502工作面地面標(biāo)高+123.98m，底板標(biāo)高-360m～-400m，煤層走向NE27°—NW73°，傾向NE，傾角5°～12°，平均為8°，煤層厚度3.9～4.9m，平均4.2m，煤層較穩(wěn)定。

老頂為深灰色薄層狀粉砂巖，微波狀層理及水平層理，厚度5.04m；直接頂為薄層狀細(xì)砂巖，微波狀層理斜交層理發(fā)育，厚度為6.0m；直接底為深灰色薄層粉砂巖，夾細(xì)小砂質(zhì)條帶，微細(xì)水平層理及波狀層理，厚度4.19m；老底為微薄層狀細(xì)砂巖，斷續(xù)水平層理，厚度2.34m。

工作面采用傾斜長(zhǎng)壁輕型綜采放頂煤后退式采煤法，割煤2.2m，放煤高度2.0m，工作面附近有F6正斷層，走向NE40°，傾向SE，傾角50°，落差8m，如圖1所示。

圖1 92502綜放面巷道布置圖

二、斷層對(duì)沿空留巷圍巖穩(wěn)定性的影響

1.F6斷層使煤巖體的連續(xù)性受到破壞，節(jié)理裂隙和不連續(xù)面急劇增加，嚴(yán)重影響巷道圍巖的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、彈性模量、滲透系數(shù)等巖體物理力學(xué)參數(shù)，導(dǎo)致巷道圍巖強(qiáng)度和自承能力迅速降低，同時(shí)受到工作面推進(jìn)的劇烈采動(dòng)影響，結(jié)構(gòu)面更易“活化”，礦山壓力顯現(xiàn)嚴(yán)重，造成沿空留巷的支護(hù)結(jié)構(gòu)承受更大的礦山壓力。因此，更容易引發(fā)巷道變形失穩(wěn)，增加巷道穩(wěn)定性控制難度。

2.斷層構(gòu)造應(yīng)力主要以水平應(yīng)力為主，使得沿空留巷的圍巖水平應(yīng)力增加。原有的支護(hù)方案，對(duì)巷道頂板進(jìn)行了重點(diǎn)支護(hù)，所以頂板受水平構(gòu)造的應(yīng)力影響較小。但是，底板的穩(wěn)定性受水平構(gòu)造應(yīng)力影響嚴(yán)重，使得沒(méi)有支護(hù)的巷道底板成為整個(gè)沿空留巷支護(hù)體系的最薄弱環(huán)節(jié)，導(dǎo)致巷道底板受壓破壞，極易發(fā)生底鼓。

3.斷層構(gòu)造的切割破壞，使得礦井的水文地質(zhì)條件復(fù)雜化，造成沿空留巷圍巖的富水性增強(qiáng)，增加了沿空留巷的維護(hù)難度。

三、巷道支護(hù)及優(yōu)化方案

92502沿空留巷采用柔模泵注混凝土巷道支護(hù)技術(shù)，如圖2所示。頂錨桿采用Φ20×2000mm，呈矩形布置，間排距為750×800mm，安裝兩支CK2335型錨固劑，設(shè)計(jì)錨固力64kN，預(yù)緊扭矩不小于100N·m；頂錨索采用Φ=15.24mm的鋼絞線錨索，長(zhǎng)度為5000mm，呈五花型布置，順巷道中心線布置3排，間距3.2m，排距1m，錨索安裝五支錨固劑，一支CK2335，四支K2335，設(shè)計(jì)張拉力為260kN；幫錨桿采用Φ18× 1800mm左旋螺紋鋼錨桿，間排距為650×800mm，呈矩形布置，每排4根，最上一根錨桿距頂板250mm，最下一根錨桿距底板300mm，安裝一支CK2835型錨固劑；W鋼帶采用W-260-3-3600型，用厚3mm的鋼板滾壓而成，寬度260mm，其上有預(yù)留孔；支護(hù)結(jié)構(gòu)為柔模泵注混凝土支護(hù)，由雙層高強(qiáng)度布縫制而成，柔性模板長(zhǎng)度2m，高3.1m，厚度1.2m，矩形。

圖2 92502沿空留巷支護(hù)斷面圖

過(guò)斷層前，提前對(duì)巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，具體方案是：鋼帶段提前加打錨索，呈“三三三”布置，U鋼段打設(shè)鋼帶錨索提前支護(hù)去掉U鋼，每條鋼帶上打設(shè)5根錨索，巷幫補(bǔ)打錨桿；新打設(shè)錨索規(guī)格均為Φ18.92× 5000mm，要求錨固在堅(jiān)硬的巖層上，每根錨索配備一支CK2335、四支K2335型樹(shù)脂錨固劑；新打幫錨桿均采用Φ18×1800mm左旋等強(qiáng)無(wú)縱筋錨桿，間距650mm，每根錨桿配備兩支CK2835型樹(shù)脂錨固劑。

過(guò)斷層時(shí)，溜子道從鋼帶段到U鋼段下載15°坡，過(guò)斷層需30m，鋼帶段巷道超高，巷高近4m，采取超前處理密擺木架。跌坡到U鋼段，此段頂板破碎，巷道低洼處有水窩，巷道高度低，采取提前臥底，柔模高度改用2.7m；U鋼段去掉U鋼后，巷道支護(hù)為拱形鋼帶，在注模過(guò)程中，模體不易成型支護(hù)頂板，因此在注模前使用一面平木梁配合單體在柔模上架設(shè)，便于柔模支設(shè)。

四、沿空留巷過(guò)斷層措施

1．溜子道先揭露斷層，工作面煤壁離斷層面20米超前處理段將出現(xiàn)超高鋼帶段和拱形鋼帶段。超前處理及下機(jī)窩頂板要鋪設(shè)雙網(wǎng)，塑料網(wǎng)傾斜鋪設(shè)，沿走向?qū)樱W(wǎng)邊用聯(lián)網(wǎng)繩每0.1m聯(lián)一道，溜子道與下機(jī)窩接茬處網(wǎng)要連接使用，網(wǎng)頭搭接不小于0.3m。

2．下機(jī)窩超前5m提前做好，下機(jī)窩隨外推與溜子道坡度保持一致，避免出現(xiàn)臺(tái)階。下機(jī)窩與溜子道接茬及頂空處用長(zhǎng)1.4m、厚度大于100mm的板梁擺架接頂。

3．超前處理要背頂擺木架，鋼帶超高段用長(zhǎng)3.6m～4.0m，拱形鋼帶段用長(zhǎng)3.0m～3.5m，直徑不小于18cm的一面平木梁，平面朝上垂直溜子道兩幫架設(shè)第一層，要求兩梁頭必須頂緊巷幫，保證長(zhǎng)梁至底板高度在2.8m～2.9m，便于沿空留巷支設(shè)柔模。其上用長(zhǎng)1.4m，中厚不小于100mm的板梁進(jìn)行擺架，各層木架垂直交錯(cuò)擺設(shè)，形成連鎖木架接實(shí)頂板。

五、實(shí)踐效果分析

92502沿空留巷過(guò)斷層措施和巷道支護(hù)優(yōu)化方案實(shí)施后，沿工作面開(kāi)采走向方向，在巷道中布置礦壓觀測(cè)站，對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，測(cè)站頂?shù)装逦灰谱畲鬄?74mm，兩幫相對(duì)位移最大值在232mm。巷道變形得到了有效控制，為以后沿空留巷過(guò)斷層積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

（作者單位：冀中能源峰峰集團(tuán)小屯礦）

（責(zé)任編輯：周瓊）