楊旭東

(山西陽煤集團碾溝煤業(yè)公司，山西 陽泉 045000)

引言

在掘進前期對巷道進行超前加固，適時實施錨網(wǎng)噴和注漿加固，構成錨固與注漿加固的動態(tài)迭加耦合支護結構，有效地控制了巷道圍巖變形情況。

1 巷道破壞機理

對于巷道掘進工程而言，它是一個較為系統(tǒng)的工程項目，其中影響掘進施工的條件有很多，包括工作人員、監(jiān)管水平、科技、安全、裝備體系、施工技藝和地質構造等各方面不同的條件所構成的繁雜的工程體系。特別地，當遭到斷層時，圍巖破碎面積大、巖體承受能力低，掘進時礦壓將更為突出；進而提高巷道過斷層掘進的難度系數(shù)，同時效率也會明顯降低；而這時倘若還沒能夠運用相關技術保障措施，則極易引發(fā)圍巖掉落等相關事故。斷層的切割方式是把一個整體連接的板式，分割成許多個破碎的板塊。將斷層切割的臨界當作為支梁，當支梁邊界離開了其周圍的束縛，就會容易失掉傳遞力的影響。將工作面推入到斷層區(qū)中，尤其是支撐壓力高峰區(qū)和斷層線應力區(qū)的重疊區(qū)域，就更可能引發(fā)劇烈的礦壓等系列的問題現(xiàn)象，最終導致巷道防護困難。

2 巷道過斷層掘進的主要影響因素

(一)巷道突變和損壞與煤礦挖掘的深度有很大關系。隨著科技的發(fā)展進步，煤礦企業(yè)的相關設備也逐漸自動化，開采技術也變得更為先進了，受到這些技術裝備的影響作用，致使煤礦巷道開采的深度在不斷加深。伴隨著巷道開采深度的增加，相應的承受應力也在不斷擴大，這就大大提高了巷道突變和損壞等問題出現(xiàn)幾率。與此同時，隨著巷道開采深度的增加，巖層溫度也會逐漸提升，在高溫的情況下煤巖層的性質也會得到相應的改變，經由低溫中的脆弱性而逐漸轉變?yōu)楦邷刂械乃茉煨裕@樣更加大了巷道突變和損壞的可能。(二)巷道突變和損壞與煤礦的地質結構有很大的關系。由于煤礦的地質結構狀況各不相同，在掘進期間，倘若遭到特別的巖層紋理，例如節(jié)理發(fā)展裂隙很大，這樣就會導致斷層損壞損的結果出現(xiàn)，在這期間巷道的防護難度大大提升。同時由于巖層地應力的不同也會影響巷道突變或損壞等問題的發(fā)生，例如致使巖體位置發(fā)生移動、支架出現(xiàn)扭曲變形等嚴重問題。(三)巷道突變和巖體間隙中的水壓及熱壓有很大關系。在煤巖層中的間隙中含有相應定量的水，這些水在相對靜止畫面中顯示為靜水壓力，在相對流動畫面中顯示為動水壓力。但是伴隨著煤礦的不斷開掘，煤層巖體出現(xiàn)一定程度的損壞，則巖體間隙中的水也會出現(xiàn)與之相應的變化，水的壓力也會遭到破壞，進而引發(fā)巖體上所承受的重量發(fā)生改變，導致巷道突變。(四)巷道突變和損壞與防護方式有一定關系。為了避免巷道突變和損壞，一般會利用防護技術實施安全防護，比如傳統(tǒng)的防護方式有型鋼防護、錨支防護、混凝土防護、錨網(wǎng)防護等，不同的防護技術也會對巷道突變和損壞帶來一定的影響。

3 巷道過斷層破碎帶掘進與支護技術研究

3.1 超前管棚預加固技術

根據(jù)巷道開掘的相關設計來安置超前鉆孔，在超前鉆孔中裝置超前管道。在噴漿關閉之后，再進一步運用超前管棚實施注漿加層。在最終形成的超前管道結構修護下再對巷道的挖掘和防護進行相關早操作，進而預防可能會發(fā)生的頂板垮落等情況。超前管道實施操作主要采取規(guī)格為Φ60mm的鋼管材質，管道長度和拼接長度分別為30m、3.0m，而管道之間的距離為500mm。管道前身安置許多規(guī)格為Φ8～12mm的溢漿孔，各個漿孔要依據(jù)梅花形狀羅列開來，并把管道加工成錐形再將其進行焊接操作。要在巖層破損嚴重的區(qū)域中，對超前管道加層穩(wěn)固后，還要再利用超前小導管實施預加固操作工作，最終提升巖層的承載力。在施工操作期間，當鉆孔中有水滲透出來時，要采用單液水泥進行注漿操作，若鉆孔中沒有水滲透出或是滲透出水很小時，就采用雙液水泥實施相關注漿操作。

3.2 二次注漿加固

為了確保巷道巖層結構的長久穩(wěn)固性能，在實施操作錨網(wǎng)噴防護后，還要再次進行注漿加層操作工作。而再次的注漿加層主要運用低壓淺孔注漿方式來操作的，一般低壓淺孔注漿管選取規(guī)格為Φ38mm×1000mm模式的鋼注漿管，而打眼的孔距、孔深和間列為Φ45mm、2500mm和1600mm×1200mm。在實際操作期間，運用的獨液水泥-水玻璃漿液實施注漿操作，水玻璃和水泥的配比是1：20，將注漿壓力掌控在1.5～2.0MPa范圍之內。為確保噴層最終可以完成凝結任務，需要開展現(xiàn)場監(jiān)督工作，確保漿液結石率≥92%。

3.3 U型鋼支護結構

對于U型鋼具而言，其具有強度高、完整度好、重量小等特點。如果以某一企業(yè)煤礦地質條件為根本，運用U29型鋼實施斷層破損帶防護，間距為700mm，這樣的間距既可以確保工作的安全，又能夠節(jié)約鋼材的數(shù)量，并且也能和巷道規(guī)格循環(huán)相一致，從而確保施工進度。U29型鋼和鋼筋網(wǎng)操作完成后，實施初次噴混凝土任務，然后，再操作搭建一層鋼筋網(wǎng)，實施二次噴射混凝土任務，需要注意的是二次混凝土厚度為50mm。

3.4 壁后充填注漿加固

操作完以上兩道防護任務后，要及時實施第三道防護操作，也就是對巖層注漿加固任務。在一次、二次防護工作完成后，要馬上實施注漿加層和壁封填補等相關工作，從而使巖層中的結構部位受力均勻，防止發(fā)生因應力集中而導致的損壞。而這道防護模式能夠提高U29型鋼和鋼筋混凝土所能承受的力量，從而增強其防護性能。

3.5 斷層被揭露的征兆

根據(jù)實踐經驗和科學分析，斷層面所表現(xiàn)的特點主要有：(1)煤層與底板裂縫變化巨大；(2)煤層與底板的高度發(fā)生劇烈變化；(3)煤的強度逐漸在減少；(4)煤層的產狀出現(xiàn)很大改變。

3.6 巷道過斷層的要求

如果巷道掘進期間遭遇到斷層，第一需要掌握其位置、屬性和差異；第二再制定科學的施工技術和操作方法，需要遵守如下要求：(1)簡化生產和運輸步驟，開創(chuàng)過斷層模式；(2)完善巷道安裝，降低煤炭資源丟失；(3)減少掘進概率，避免出現(xiàn)無規(guī)則進尺；(4)設計一些相關的安全生產的技術防護工作。

3.7 支護效果分析

想知道這種方法的實際防護功效，可以運用ANSYS有限元軟件對U29鋼支架進行科學分析掌控，其分析結果如下：U29鋼所承受的彎矩和軸力分散較為勻稱，彎矩和軸力都是沿巷道斷面軸向以對稱狀態(tài)進行安排的，這就說明U29鋼能夠達到比較好的承重效果；U29鋼剪力發(fā)生單一應力集中的問題，這歸于正常，因為難以避免的會有一些巖層的原始裂縫又或是再生裂縫在巖層之間發(fā)生增加擴展，使防護結構的一些部位發(fā)生應力聚集的現(xiàn)象。

結束語

綜上所述，得出以下結論：(1)分析了巷道破壞機理，斷層的切割解除了巖層周邊的約束，失去了傳遞力的作用，當工作面推進到斷層區(qū)域，容易造成應力集中，發(fā)生礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象，造成巷道支護困難。(2)掘進至斷層破壞區(qū)域，采用預注漿、錨網(wǎng)索及架U型鋼棚對巷道進行聯(lián)合支護，分別設計了注漿孔參數(shù)、水泥單漿注漿液配比、注漿總量、錨網(wǎng)索支護參數(shù)、U型鋼棚支護參數(shù)。