曹 東

（新疆天富小溝礦業(yè)有限責任公司，新疆 石河子 832026）

我國大多數(shù)井田開采范圍內(nèi)都含有斷層等不良地質(zhì)條件，斷層帶圍巖體一般較為破碎，采掘工作遇到斷層破碎帶時，應采取專門的施工方法和支護措施，以安全順利地通過斷層破碎帶[1-3]。因此，研究掘進工作面過斷層破碎帶時的施工技術和支護方法很有必要[4-5]。

1 工程概況

新疆天富小溝礦業(yè)位于石河子市西南部，距離石河子市區(qū)75km，井田走向長度3.5km，傾向?qū)挾?.9km，面積約3.47km2。井田范圍內(nèi)有F1、F2、F3三條大的斷層帶。F1斷層傾向南西，傾角60°～65°，南盤下降，北盤抬升，F(xiàn)2斷層總體呈285°～115°方位延伸，F(xiàn)3斷層呈50°～230°方向延伸。首采工作面采區(qū)巷道掘進過程中遇到F1斷層，需采取特定的措施。

2 施工技術

2.1 超前支護

掘進工作面遇到斷層破碎帶時，為保證施工的安全，應當采取專門的施工技術和措施，以順利通過斷層帶。根據(jù)首采掘進工作面斷層破碎帶分布范圍較大且圍巖體破碎程度嚴重、圍巖強度較低的實際情況，提出采用超前管棚加圍巖體注漿的聯(lián)合超前支護技術。管棚的布置參數(shù)如下：在距離斷層30m左右時，開始布置管棚超前支護，管棚半徑32mm，間距布置為180mm。管棚采用長短交錯布置的方式，長管棚為30m，短管棚為25m，管棚傾角為15°。管棚布置完成后，需進行圍巖體注漿，圍巖體注漿壓力、漿液類型、注漿量等參數(shù)直接影響和決定注漿的效果。注漿可使松散破碎的圍巖體膠結(jié)成整體，大大提高圍巖體的強度和穩(wěn)定性。根據(jù)掘進工作面的實際地質(zhì)條件，選取水泥單漿作為注漿漿液，注漿壓力2.3MPa。

2.2 施工措施

在完整巖層帶一般采用掘進機或光面爆破的方法全斷面掘進，以提高掘進速度，但在斷層破碎帶區(qū)則不宜使用該類方法。因過大的斷面會使原本就破碎的巖層發(fā)生失穩(wěn)破壞，從而造成事故，嚴重影響礦井安全生產(chǎn)。為避免這種情況的發(fā)生，提出采用臺階施工法通過斷層破碎帶。臺階施工的具體參數(shù)為：采用上下兩臺階施工。為使施工作業(yè)有足夠的空間，上下臺階分層高度均取2m，臺階長度取2.5m，寬度取3m。當上層臺階施工完成后，應對已經(jīng)施工完畢形成的巷道凈斷面進行加固和支護，采用注漿U型鋼等加固措施，待加固完成后再進行下分層的施工。下分層施工完成后同樣需對揭露的巷道斷面及底板進行充分的支護，如此循環(huán)進行，直至穿過斷層破碎帶，進入穩(wěn)定圍巖10～15m距離。圖1為超強管棚支護示意圖。

圖1 管棚超前支護

3 支護方案

為提高對斷層破碎帶的支護效果，并對斷層破碎帶圍巖體進行加固，充分減少圍巖體的不良效應，經(jīng)過分析決定采用“U型鋼網(wǎng)噴+鋼筋混凝土襯砌+后注漿”聯(lián)合支護方法。

3.1 U型鋼支護結(jié)構

根據(jù)掘進工作面的地質(zhì)條件和原巖應力經(jīng)計算，確定采用U29型鋼作為支護材料，U29型鋼需制作成閉環(huán)結(jié)構。為使U型鋼形成閉環(huán)結(jié)構，型鋼采用三節(jié)段制作而成，要求每段搭接長度不小于300mm，同時，U型鋼內(nèi)圈采用8根Φ16 mm圓鋼拉桿連接，以充分發(fā)揮承載能力。U29型鋼采用700mm的排距，待U29型鋼和鋼筋網(wǎng)鋪設完成后，進行初次噴混凝土作業(yè)；之后，再鋪設一層鋼筋網(wǎng)，進行二次噴射混凝土，二次噴射混凝土厚度為50mm。首次支護的示意圖如圖2所示。

3.2 二次支護結(jié)構

選取鋼筋混凝土襯砌支護為二次支護形式。二次支護具體參數(shù)如下：二次襯砌的轉(zhuǎn)角等應力集中部位如拱頂、拱肩及仰拱的底部需采用螺紋鋼進行加固。經(jīng)過計算，螺紋鋼尺寸選用Φ22mm螺紋鋼，螺紋鋼間距取200mm，鋪設一層鋼筋網(wǎng)，進行整體澆筑，澆筑采用C40的混凝土，保護層厚度取400mm。二次支護結(jié)構示意圖如圖3所示。

圖2 首次支護結(jié)構

圖3 二次支護結(jié)構圖

3.3 壁后充填注漿加固

為消除圍巖體表面不平整或支護結(jié)構不規(guī)則造成的局部應力集中或局部支護阻力不夠等情況，需進行圍巖體注漿和壁后充填。壁后充填能消除支護應力分布不均勻的影響，且可充分提高U29型鋼和鋼筋混凝土襯砌的承載力，改善其支護性能。注漿管應提前預埋，注漿管間距、排距為1.5m×1.4 m，注漿口外露長度不小于20mm。二次支護完成后即可通過預埋的管道進行注漿和壁后充填施工。為避免注漿管堵塞，注漿之前可用鉆頭清孔，清空深度約1m，注漿漿液采用水玻璃。為保障注漿效果，注漿壓力為2～2.5MPa。

4 支護效果分析

為進一步分析和了解所 “U型鋼網(wǎng)噴+鋼筋混凝土襯砌+后注漿”聯(lián)合支護技術對斷層破碎帶的支護效果，在FLAC3D中建立了有限元模型，對巷道圍巖變形，最大、最小主應力等參數(shù)進行了分析研究，如圖4所示。

圖4 支護效果分析

從圖4中分析可知，采用聯(lián)合支護技術對斷層破碎帶進行支護后，巷道圍巖體的總位移量明顯減小，最大位移發(fā)生在底板兩角處，這是由于地應力在巷道角部集中所造成的，掘進巷道頂板和兩幫的位移量分布較為均勻，且位移量較小，僅為0.1m左右?？梢妵鷰r和兩幫的位移已得到有效的控制，從最大、最小主應力分布圖中可以看出，巷道的圍巖應力分布較為均勻，受力情況明顯改善。從以上分析可知，針對掘進工作面過斷層破碎帶提出的聯(lián)合支護技術具有較好的支護效果，可保證掘進工作面安全順利地通過斷層。

5 結(jié)論

（1）針對新疆天富小溝礦業(yè)掘進工作面遇到斷層的情況，提出了掘進巷道過斷層破碎帶時采用超前支護與臺階施工法相結(jié)合的施工技術；

（2）提出采用“U型鋼網(wǎng)噴+鋼筋混凝土襯砌+后注漿”對斷層破碎帶進行永久支護，并在有限元軟件中對該支護方案的支護效果進行了分析，效果良好。