崔占鰲

(同煤集團(tuán)宏泰公司，山西 晉中 037003)

0 引言

塔山機(jī)掘第二項(xiàng)目部在掘進(jìn)生產(chǎn)實(shí)踐中遇到斷層很多，由于煤層結(jié)構(gòu)問(wèn)題，巷道支護(hù)困難，且變化較大。尤其在二盤(pán)區(qū)5216順槽巷及5216工作面切巷施工過(guò)程中，遇到大斷層群等諸多地質(zhì)構(gòu)造，對(duì)施工進(jìn)度造成了極大的影響。

1 工程概況

塔山煤礦主采的3#～5#煤，埋深300～500 m，厚度1.63～29.21 m，平均15.72 m，屬特厚煤層。層理、節(jié)理發(fā)育。由于受火成巖侵入的影響，煤層上部存在1～6 m的硅化變質(zhì)煤。又由于煌斑巖侵入體的穿插破壞，煤層受熱變質(zhì)或硅化，在垂向上形成煌斑巖、硅化煤、混煤、正常煤等多種成分的非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)[1]。在煌斑巖下方形成的混煤結(jié)構(gòu)較為疏松，性脆易碎，且地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層較多。遇到斷層等地質(zhì)構(gòu)造時(shí)巷道管理難度極大，嚴(yán)重影響了巷道掘進(jìn)。

掘進(jìn)隊(duì)施工的5216順槽巷于2015年1月開(kāi)始進(jìn)入切巷施工，切眼頂板高度3.8 m，寬5 m，頂板為煤，破碎嚴(yán)重，各種斷層都有。由于受地質(zhì)構(gòu)造影響造成局部頂板破碎，悶響聲頻繁，頂板上覆煤層局部錯(cuò)位，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工長(zhǎng)5 300 mm的錨索支護(hù)發(fā)現(xiàn)頂板從0～4.5 m范圍內(nèi)煤體破碎，頂板疏松，原有的前掘支護(hù)、錨桿錨索及超前鋼針等多種單一的施工工藝都無(wú)法滿足支護(hù)要求。

2 圍巖控制技術(shù)

2.1 斷層對(duì)支護(hù)的影響

斷層對(duì)錨索網(wǎng)支護(hù)的影響較大，主要影響有三個(gè)方面：一是斷層的活化影響；二是斷層破碎帶本身的穩(wěn)定性差；三是含水破碎圍巖的可錨性差[2]。對(duì)于與巷道正交或斜交的斷層，由于上覆巖層大的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，斷層的活化影響較小。如果斷層破碎帶圍巖本身是穩(wěn)定的，則只要采取一定的錨索網(wǎng)支護(hù)技術(shù)措施，可以保證巷道的正常使用。如果斷層走向與巷道軸向平行，則要考慮斷層活化和斷層破碎帶圍巖本身的穩(wěn)定性問(wèn)題。

就斷層的性質(zhì)來(lái)說(shuō)，斷層分正斷層和逆斷層。根據(jù)煤層和斷層的產(chǎn)狀存在兩種情況：一是煤層斷在巷道的上方；二是煤層斷在巷道的下方。根據(jù)不同的圍巖地質(zhì)構(gòu)造，不同形式的斷層實(shí)施錨網(wǎng)索支護(hù)原則為：煤在巷道上方時(shí)，后退挑頂；煤在巷道下方時(shí)，后退臥底[3]。

斷層破碎帶的圍巖壓力的分布與其產(chǎn)狀是密切相關(guān)的，有3條規(guī)律。①對(duì)上盤(pán)巖層基本無(wú)影響或很少；②斷層破碎帶壓力主要影響下盤(pán)巖層，且傾角越小影響范圍越大；③以傾角45°為臨界角，小于45°時(shí)，壓力影響主要表現(xiàn)在下盤(pán)巖層；大于45°時(shí)，主要表現(xiàn)在破碎帶內(nèi)下盤(pán)邊緣處。

2.2 圍巖控制原理

采用圍巖強(qiáng)化控制原理控制特大斷層破碎帶巷道的施工安全和長(zhǎng)期穩(wěn)定[4-5]，包括4個(gè)方面。

圍巖強(qiáng)度的強(qiáng)化：通過(guò)化學(xué)粘接材料使斷層破碎帶內(nèi)松散圍巖形成一個(gè)整體，提高斷層破碎帶內(nèi)松散圍巖的強(qiáng)度[6]。

超前支護(hù)：通過(guò)在煤體中預(yù)打鋼針，能夠?qū)⒁咽褂没瘜W(xué)粘接材料粘接成整體的松散圍巖通過(guò)超前插鋼針將其固定在巷道頂部，有效地防止了松散巖體的垮落[7]。

噴漿：割完一循環(huán)后及時(shí)組織噴漿，使初噴緊跟工作面，將破碎圍巖(煤體)與空氣隔絕防止破碎圍巖(煤體)風(fēng)化，提高破碎圍巖(煤體)的強(qiáng)度，初噴厚度不小于80 mm。

支護(hù)圍巖承載結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化：通過(guò)U29鋼棚二次支護(hù)，使巷道支護(hù)進(jìn)一步加強(qiáng)，提高支護(hù)圍巖結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

2.3 圍巖控制技術(shù)

預(yù)注化學(xué)粘接材料技術(shù)：在施工迎頭拱頂區(qū)扇形預(yù)注化學(xué)粘接材料，對(duì)預(yù)開(kāi)挖區(qū)2～6 m范圍內(nèi)的巖體加固，提高巷道頂板區(qū)域圍巖的整體穩(wěn)定性及施工通過(guò)能力，降低水對(duì)圍巖力學(xué)性質(zhì)的影響?；瘜W(xué)注漿材料馬麗散NS是由兩種組分組成的無(wú)機(jī)復(fù)合材料，兩種組分按照1∶1的體積比混合發(fā)生反應(yīng)[8]?；旌虾蠓磻?yīng)生成一種有彈性、不發(fā)泡、壓縮力大的塊狀聚合物。當(dāng)混合物被注入煤巖體后，會(huì)滲透到裂隙和空隙中并發(fā)生固化，與煤巖體產(chǎn)生高度粘合，可承受地壓的長(zhǎng)期作用。采用高壓灌注時(shí)由于其初始粘度低，在高壓推擠下混合液體沿煤巖、層裂隙延展?jié)B透至所有裂隙(包括肉眼難以覺(jué)察的裂縫及在高壓作業(yè)下重張開(kāi)的微小裂隙)，反應(yīng)后固化物的良好柔韌性和粘合強(qiáng)度不僅保證了煤巖體受壓變形時(shí)不會(huì)開(kāi)裂(適合應(yīng)用在高早強(qiáng)和高韌性的地層固化)，并且阻燃性能優(yōu)異、遇水不發(fā)泡、產(chǎn)品反應(yīng)不受水的影響、反應(yīng)溫度低、反應(yīng)后早期強(qiáng)度較高等。馬麗散基本成分性能見(jiàn)表1，馬麗散聚合性能見(jiàn)表2。

表1 馬麗散基本成分性能

表2 馬麗散聚合性能

注馬麗散鉆孔：在工作面正前方頂部及兩腮角范圍注漿加固巷道頂板，為后期掘進(jìn)施工做準(zhǔn)備。從5216順槽巷正前方開(kāi)始布置注馬麗散鉆孔，在距離頂板0.5 m位置開(kāi)孔，孔距離1 m，仰角45°，孔深6 m，前端放置2個(gè)注射花管，封孔在距離孔口1.5 m位置。如果出現(xiàn)注不進(jìn)的情況，可以調(diào)整注漿孔角度和深度，盡量保證單孔注漿量不少于10組。鉆孔施工平面圖如圖1所示。

圖1 鉆孔施工平面圖

采用預(yù)注鋼針?lè)ń鉀Q掘進(jìn)超前支護(hù)：先注化學(xué)粘接材料將超前破碎圍巖固化為整體后，再沿巷道頂板輪廓線的角度打一排與巷道中心線平行的φ32 mm鉆眼，內(nèi)注φ25.4 mm×3 000 mm的鋼管作為鋼針，鋼針間距0.15 m，將網(wǎng)固定在鋼針上，最后從外向內(nèi)進(jìn)行錨索支護(hù)；預(yù)注鋼針作為超前支護(hù)，防止煤頂冒落。在超前支護(hù)的掩護(hù)下割煤，循環(huán)進(jìn)度600 mm，割第1刀后進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)，先將金屬網(wǎng)固定在鋼針上，再?gòu)耐庀騼?nèi)進(jìn)行錨索支護(hù)將鋼針尾部固定成為一個(gè)整體，錨索排距0.6 m，間距1.0 m，最小空頂距0.3 m；第2刀完畢，鋼針注入煤層約1.6 m，注第二茬鋼針，鋼針搭接長(zhǎng)度1.2 m，在搭接部分進(jìn)行支護(hù)，至此完成一個(gè)完整循環(huán)。鋼針布置平面圖如圖2所示。

圖2 預(yù)注鋼針布置平面圖

初噴緊跟工作面：通過(guò)初噴使破碎圍巖與空氣隔絕防止破碎圍巖風(fēng)化，初噴厚度不小于80 mm。

采用U29鋼棚二次支護(hù)：在錨索網(wǎng)、鋼帶支護(hù)的基礎(chǔ)上架設(shè)U29鋼棚，棚間距900 mm，背板采用1 100 mm×200 mm×50 mm的預(yù)制砼背板，壁后片石砂漿充填密實(shí)，接頂接幫，使棚子受力均勻。每循環(huán)打完錨桿、錨索后初噴必須跟至工作面，過(guò)斷前10 m、后5 m必須架設(shè)U29鋼棚到工作面，使過(guò)斷區(qū)域形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。

2.4 圍巖控制意義

大斷面巷道過(guò)斷層破碎帶支護(hù)技術(shù)對(duì)塔山煤礦生產(chǎn)實(shí)踐具有積極的指導(dǎo)作用，對(duì)同類(lèi)型礦井生產(chǎn)實(shí)踐具有積極指導(dǎo)作用。

目前各條巷道施工順利，初步解決了塔山煤礦在地質(zhì)構(gòu)造及穿層巷道的支護(hù)難題，根治了冒頂施工的發(fā)生。

塔山煤礦大斷面巷道穿層掘進(jìn)以及過(guò)斷層支護(hù)有很多的困難性，為此文中從地質(zhì)構(gòu)造入手，分析了斷層影響巷道支護(hù)施工的諸多因素，通過(guò)斷層破碎帶巷道應(yīng)力分布，提出了過(guò)斷層巷道圍巖控制技術(shù)及方法，施工后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)檢驗(yàn)，證明了這些控制技術(shù)的有效性和實(shí)用性，同時(shí)也達(dá)到了節(jié)約施工時(shí)間快速掘進(jìn)穿越斷層的目的，保質(zhì)保量按期完成了施工任務(wù)。

3 結(jié)語(yǔ)

穿層施工或者遇到斷層時(shí)施工較為困難，按照新的支護(hù)參數(shù)進(jìn)行支護(hù)，根據(jù)這一情況，通過(guò)多種施工工藝相結(jié)合，順利地通過(guò)了斷層破碎帶，現(xiàn)場(chǎng)取得了良好的效果，施工進(jìn)度在安全的前提下有了提高，防止頂板發(fā)生冒落的事故，總結(jié)這些經(jīng)驗(yàn)對(duì)今后的生產(chǎn)具有現(xiàn)實(shí)意義。