韓 偉

（大同煤礦集團(tuán)同生樹兒里煤業(yè)有限公司，山西 大同 037000）

隨著開采地質(zhì)條件的越發(fā)復(fù)雜，巷道在掘進(jìn)過程中遇到斷層的幾率不斷增加，嚴(yán)重影響著礦井的安全生產(chǎn)[1-2]。斷層落差會影響掘進(jìn)速率，也會給巷道的支護(hù)帶來一定的困難[3-4]。同生樹兒里煤業(yè)有限公司過斷層后存在礦壓顯現(xiàn)劇烈的問題，采用超前錨桿預(yù)加固、大管棚超前支護(hù)雖然能取得一定的支護(hù)效果，但是在斷層高集中應(yīng)力的作用下單一的支護(hù)方式難以實(shí)現(xiàn)保證巷道穩(wěn)定性的要求。因此，研究如何科學(xué)合理地過斷層是巷道能否快速掘進(jìn)的關(guān)鍵，在保證掘進(jìn)速率的同時(shí)也要合理對過斷層巷道進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，避免出現(xiàn)冒頂、片幫等安全事故。

1 工作面概況

同生樹兒里煤業(yè)有限公司5202巷位于＋1280m水平302盤區(qū)皮帶巷以北，西部距2202巷道140m，北部為井田邊界，東部為302盤區(qū)皮、回聯(lián)巷，鄰近巷道對該巷掘進(jìn)沒有影響。巷道井下標(biāo)高1217～1252m，5202巷布置于3#煤層，平均傾角7°，煤層厚度平均10.4m。5202巷掘至39m處遇到一條正斷層，該斷層面與5202巷斜交30°，傾角70°，落差2.2m，巷道局部超高達(dá)到4.7m，其位置布置示意圖如圖1所示。

圖1 斷層布置示意圖

2 斷層影響分析

斷層將一個(gè)整體連續(xù)的板塊切割成多個(gè)破碎的板塊，斷層切割的邊界視為簡支梁。根據(jù)斷層在工作面外側(cè)的不同切割情況分為五種情況下的支承狀態(tài)：四邊簡支、三邊固支一邊簡支、兩臨邊固支兩臨邊簡支、兩對邊固支兩對邊簡支、一邊固支三邊簡支。當(dāng)工作面推進(jìn)到斷層區(qū)域，特別是支承壓力高峰區(qū)域與斷層斷裂線高應(yīng)力區(qū)域的疊加區(qū)域，巷道支護(hù)困難[5-6]。

斷層切割頂板后工作面視為簡支邊界，簡支邊界解除了周邊的約束，失去了傳遞力的作用。當(dāng)工作面推進(jìn)到斷裂線位置時(shí)，頂板巖層施加在工作面與斷層間煤柱重力明顯加劇，容易形成高應(yīng)力集中，頂板的斷裂速度加快，垮落步距減小，容易發(fā)生礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象，因此，對過斷層巷道的支護(hù)提出了新的挑戰(zhàn)。

3 巷道過斷層方案

由于5202巷掘進(jìn)所遇斷層為正斷層，斷層面沿巷道掘進(jìn)方向一側(cè)煤層上移，決定采用后退挑頂?shù)姆桨高^該斷層。距斷層面5m處開始挑頂施工，施工角度為8°，直到遇到煤層底板時(shí)，再沿著煤層底板施工。施工示意圖如圖2所示。

圖2 后退挑頂法示意圖

5202巷過斷層掘進(jìn)采用深孔爆破+綜掘機(jī)相結(jié)合的方式，巷道掘進(jìn)下半部分采用爆破的方式破巖，盡量“多打眼，少裝藥”，減小由于爆破作用增加斷層附近巷道頂板的破碎程度；上半部分采用綜掘機(jī)掘進(jìn)破巖。采用該種方法巷道掘進(jìn)10m后便可以沿煤層底板掘進(jìn)，不用再采用爆破破巖。

4 巷道過斷層支護(hù)技術(shù)研究

4.1 超前支護(hù)

5202巷掘進(jìn)斷層前2～3m附近，受斷層的影響巷道頂板出現(xiàn)破碎，需要超前采用錨網(wǎng)索支護(hù)方式加強(qiáng)支護(hù)，提高巷道的穩(wěn)定性。在巷道過斷層前10m處，減小錨網(wǎng)錨索的間排距，增加支護(hù)強(qiáng)度。

（1） 錨桿支護(hù)規(guī)格

頂板錨桿采用Φ20×2200mm高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，幫部錨桿采用Φ18×2200mm左旋螺紋鋼錨桿。錨桿間排距為800mm，樹脂藥卷采用符合煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT146.1-2002的Φ23×500mm樹脂錨固劑，每根錨桿1塊藥卷。

（2）錨網(wǎng)支護(hù)規(guī)格

要全斷面掛網(wǎng)，網(wǎng)間搭接100mm，用14#鐵絲聯(lián)網(wǎng)間距為：每隔一孔聯(lián)一扣。

（3）錨索支護(hù)規(guī)格

錨索使用Φ18.9mm的鋼絞線制作，長度為6500mm，間距為1600mm。樹脂藥卷采用符合煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT146.1-2002的Φ23×500mm樹脂錨固劑，每根錨索3塊藥卷。支護(hù)材料參數(shù)如表1所示，支護(hù)示意圖如圖3所示。

表1 巷道支護(hù)參數(shù)表

圖3 巷道支護(hù)布置示意圖

4.2 注漿加固

注漿液選用水泥單漿液，水泥為52.5普通硅酸鹽水泥，W/C=0.45～0.5，并摻加少量復(fù)合早強(qiáng)高效減水劑，提高漿液的流動(dòng)性及和易性。注漿開始應(yīng)緩慢升壓，正常為0.5～1.0MPa，終壓為2.0MPa。當(dāng)觀測圍巖相對位移達(dá)到30mm時(shí)，表明圍巖1.5m范圍內(nèi)已產(chǎn)生了松動(dòng)裂隙，此時(shí)注漿為最佳時(shí)機(jī)，其漿液有效擴(kuò)散范圍將達(dá)到2m左右。注漿孔深6m，孔徑45mm，間距1.2m，排距1.4m。

4.3 架鋼棚支護(hù)

5202巷從33m處開始向工作面迎頭全部架設(shè)鋼棚，間距1000mm。梯形斷面，頂凈寬3800mm，底凈寬4000mm，凈高3300mm，凈斷面12.87m2。每架鋼棚采用1根棚梁和2根棚腿組成，棚梁和棚腿均采用11#礦用工字鋼，棚距1000mm。棚與棚之間采用6根連接桿連接，棚梁2根，兩個(gè)棚腿分別2根，連接桿采用Φ16×1160mm的圓鋼制作，桿套采用長度100mm的Φ20mm鋼管制作。棚梁長度4100mm，棚腿高度3300mm。棚梁焊接卡塊固定棚腿，棚腿上端采用長度100mm的12#槽鋼焊接，棚腿底采用200×200×16mm的鋼板焊接。

5202巷架鋼棚支護(hù)過程中，為了提高支護(hù)強(qiáng)度，應(yīng)當(dāng)結(jié)合超前錨索加固頂板，避免斷層處高集中應(yīng)力造成冒頂事故，加強(qiáng)頂板的穩(wěn)定性。其支護(hù)示意圖如圖4所示。

圖4 巷道架鋼棚支護(hù)示意圖

5 支護(hù)效果

采用頂板離層動(dòng)態(tài)儀對巷道頂板離層量進(jìn)行觀測。分別在巷道過斷層前后各5m設(shè)置兩個(gè)觀測點(diǎn)，開始先連續(xù)觀察5d，然后再每隔5d進(jìn)行觀測一次，得到觀察點(diǎn)數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化圖如圖5所示。

圖5 頂板離層下沉量

由圖5可知，1～10d巷道頂板離層量隨著時(shí)間變化逐漸增加，且增大速度快；10d以后，巷道頂板離層量逐漸穩(wěn)定，觀察點(diǎn)1和觀察點(diǎn)2分別穩(wěn)定在11m和10mm后頂板離層量不再變化。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可知，巷道頂板離層最大變化量小于理論應(yīng)當(dāng)變化的最大值，表明巷道過斷層區(qū)域支護(hù)取得了良好的效果，可以有效維護(hù)頂板的穩(wěn)定性。

6 結(jié)論

5202巷過斷層前分析了正斷層對巷道頂板的影響，采用后退挑頂?shù)姆桨高^斷層，采用深孔爆破+綜掘機(jī)相結(jié)合的方式掘進(jìn)，過斷層后采用錨網(wǎng)索、注漿加固、架鋼棚的支護(hù)方式加強(qiáng)巷道過斷層區(qū)域的頂板支護(hù)。頂板離層量監(jiān)測結(jié)果表明支護(hù)取得了良好的效果，有效地提高了頂板的強(qiáng)度，保證了巷道的穩(wěn)定性。