李晶昆，白 楊

(陜西彬長孟村礦業(yè)有限公司，陜西 咸陽 713602)

0 引言

斷層、褶曲等地質(zhì)構造是誘發(fā)綜放工作面沖擊地壓的重要影響因素之一[1]。陜西彬長孟村礦井東西長約10.6 km，南北寬約8.3 km，面積63.59 km2。礦井主采煤層4號煤厚0～26.30 m，礦井4號煤層屬于Ⅲ類，為具有強沖擊傾向性的煤層；頂板巖層屬于Ⅱ類，為具有弱沖擊傾向性的頂板巖層，陜西彬長孟村礦業(yè)有限公司定性為嚴重沖擊地壓礦井[2]。沖擊地壓具有突發(fā)性、瞬時性、破壞性、反復性、致災性的特點，孟村礦區(qū)沖擊地壓災害形勢較為嚴峻。綜放工作面過斷層極易誘發(fā)沖擊地壓以及頂板災害，為解決此類復雜問題，孟村礦井401101工作面在過斷層期間采用順槽注漿錨索補強加固、順槽深孔爆破等措施，以期保障工作面的順利推進。

1 工作面概況

401101工作面是孟村礦井首采工作面。采煤方法為綜放放頂煤，工作面平均可采厚度為13 m，順槽長2 469 m。在回采過程中需先后經(jīng)過謝家咀背斜、DF29斷層以及塬口子向斜。其中DF29斷層與工作面回采方向25°～30°斜交，落差18 m，傾向NE150°～155°，走向NE60°～65°，傾角60°～65°，影響工作面退采長度將近350 m。DF29斷層屬目前黃隴礦區(qū)較大斷層[3]。401101工作面運輸巷跟回風巷頂部采用錨桿索聯(lián)合支護，幫部采用錨桿支護，工作面內(nèi)圈形成于2017年底，巷道圍巖表面風化嚴重且網(wǎng)片銹蝕嚴重，在推采期間兩順槽維護量比較大，頂板幫部破損處較多，尤其是工作面推采臨近斷層，變化尤其大，給工作面安全生產(chǎn)帶來極大隱患。

2 防治措施

2.1 順槽中空注漿錨索加固

施工方法：401101工作面兩順槽斷面為4 500 mm×3 550 mm，工作面過斷層期間對運順斷層破碎帶60 m范圍、回順斷層破碎帶30 m范圍內(nèi)采用1860級7 100 mm中空注漿錨索進行補強加固。間排距為1 500 mm×1 400 mm。注漿液采用不低于325的普通硅酸鹽水泥，錨索注漿液水灰比1∶1.5，漿液中摻少量水泥注漿添加劑，采用棉紗與止?jié){塞封堵，注漿前預緊力達100 kN，注漿壓力達5 MPa。

施工原理：施工過程采用高強中空注漿錨索、高強抗縮性注漿材料、高注漿壓力對大范圍圍巖進行錨注加固，即所謂“三高一大”錨注體系[4]。同時，還具有以下特點：①改善圍巖性質(zhì)，提高圍巖的承載能力。注漿后的漿液可以將松散圍巖膠結成整體，從而提高圍巖內(nèi)聚力、彈性模量及內(nèi)摩擦角，進而有效提高巖體強度，可實現(xiàn)利用圍巖本身作為支護結構的一部分，加強主動支護的強度；②全長錨固。中空注漿錨索注漿后，部分漿液由于高壓隨裂隙滲流到普通錨桿、錨索周邊，使原錨桿、索變成全長錨固，同時，自身也達到全長錨固，使錨索與圍巖形成整體，充分發(fā)揮錨索的錨固作用；③高預應力錨索。中空注漿錨索索體采用高強度螺旋肋預應力與鋼絲編絞而成。預應力達到1 860 MPa，具有預應力錨索的特點，施工通過錨索孔全長范圍內(nèi)的高壓注漿，從而保證錨索在全長范圍內(nèi)具有較高的預應力，真正實現(xiàn)錨索對破碎巖層的主動支護，巖體壓力荷載便通過錨索被傳遞到深部穩(wěn)定的巖體，深部穩(wěn)定的巖體層自穩(wěn)潛能得到充分發(fā)揮，從而可優(yōu)先控制巷道變形；④強化組合拱。利用中空注漿錨索注漿充填圍巖裂隙，配合錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護，可形成一個多層有效組合拱，及噴網(wǎng)組合拱、錨桿壓縮區(qū)組合拱及漿液擴散加固拱，從而擴大支護結構的優(yōu)先承載范圍，提高支護結構的整體性和承載能力[5]；⑤采用注漿錨索注漿，漿液可有效地充填煤巖體間的裂隙以及頂板離層，同時隔絕空氣，防止圍巖內(nèi)部風化，且能防止圍巖被水浸濕而降低圍巖的本身強度。

2.2 工作面注漿加固

施工方法：采用礦用復合加固材料進行注漿加固。在工作面推進鄰近斷層破碎帶10 m時對機頭、機尾20 m范圍進行超前預注漿加固，如圖1所示?？拙? m，孔深6 m，鉆孔開孔在前探梁下方500 mm處，傾角15°，單孔注漿量為1.0 t，工作面超前注漿，每3個循環(huán)(4.8 m)注漿一次，直至通過斷層破碎帶為止。同時對于裂隙溝通比較好的煤巖體采用間隔跳孔注漿方式，來減少串漿，提高注漿效果[6]；對于大面積范圍采用先外圍、后內(nèi)部的注漿順序；對于破碎煤柱整體加固采用深淺孔配合注漿方式；對于裂隙比較發(fā)育，跑冒漿液比較嚴重的注漿載體，采用先淺部注漿，漿液擴散后在淺部快速形成類似“止?jié){墻”的具有止?jié){效果的整體煤體，再深部注漿，保證深部漿液擴散范圍和注漿壓力[7]。

圖1 工作面斷層附近采用注漿加固控制松散圍巖

施工原理：圍巖注漿加固技術是改善圍巖力學特性，提高圍巖穩(wěn)定性的有效途徑。圍巖注漿加固主要指通過在破碎圍巖(如頂板、煤壁、底板等)中布置鉆孔，利用鉆孔將漿液(如水泥砂漿、高分子膏體材料等)注入煤巖體的節(jié)理裂隙等孔隙中，增加破碎巖塊間的粘聚力和摩擦力，以此增加煤巖體的整體性和提高煤巖體強度的技術[8]。圍巖注漿加固技術的機理主要表現(xiàn)為以下3個方面。①網(wǎng)絡骨架作用。漿液在注漿壓力的作用下，滲透到圍巖體的孔隙、裂隙等缺陷中，形成類似于網(wǎng)絡骨架的結構；②充填密實作用。漿液在填充圍巖體孔隙的同時，與圍巖體黏結在一起形成統(tǒng)一的整體，從而提高了整體的密實度；③粘結加強作用。由于圍巖體的破碎度較高、強度低，通過漿液的粘結作用，將破碎的塊體粘結起來，從而大大提高其承載外界荷載的能力，增加其整體強度[9]。

2.3 順槽頂板預裂爆破

施工參數(shù)：①施工位置。401101運回順超前支護外至停采線，共計施工約1 300 m；②鉆孔直徑。根據(jù)理論分析及礦井爆破經(jīng)驗，采用炮孔直經(jīng)為75 mm，炸藥直徑為60 mm，不耦合系數(shù)為1.25；③鉆孔深度。根據(jù)理論分析和現(xiàn)場施工條件確定超前深孔爆破卸壓鉆孔施工角度為65°(偏向切眼方向)，終孔位于中粒砂巖層上部邊緣，計算得到爆破斷頂鉆孔深度為50 m；④炮孔間距。根據(jù)爆破理論，考慮現(xiàn)場實際施工條件，爆破鉆孔排距定為10 m；⑤裝藥量。依據(jù)深孔爆破理論確定裝藥量為35 kg；⑥起爆與爆破方式。根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定采用毫秒雷管分組爆破，單孔起爆。

解危原理：通過采取頂板深孔預裂爆破，促進采空區(qū)上方頂板冒落，削弱采空區(qū)與回采區(qū)之間的頂板連續(xù)性，降低四周采空區(qū)懸頂導致的工作面應力集中，同時減弱頂板垮斷產(chǎn)生的沖擊動載，降低工作面來壓強度[10-12]。建立集中動載荷型沖擊地壓發(fā)生模型，如圖2所示。

圖2 集中動載荷型沖擊地壓發(fā)生工程結構模型

沖擊地壓由工作面煤壁側發(fā)生，沖擊啟動受煤幫應力集中和采場上覆堅硬頂板垮斷同時影響。工作面煤壁極限平衡區(qū)因上覆頂板懸頂造成該區(qū)應力高度集中，儲存彈性能量最大，最容易滿足失穩(wěn)破壞條件，也是對來此外界動載荷響應最靈敏的區(qū)域，但是外界動載荷必須以該區(qū)域靜載荷集中度為基礎，對其進行擾動或加載才能完成沖擊啟動。沖擊地壓啟動的能量條件為極限平衡區(qū)集聚的彈性應變能加上頂板斷裂傳遞來的動載荷能量大于該區(qū)煤巖破壞所需要的最小能量。因此通過采取順槽頂板深孔預裂爆破，促進采空區(qū)上方頂板冒落，削弱采空區(qū)與回采區(qū)之間的頂板連續(xù)性，降低四周采空區(qū)懸頂導致的工作面應力集中，同時減弱頂板垮斷產(chǎn)生的沖擊動載，降低工作面來壓強度。并且通過將頂板強度弱化，降低四周采空區(qū)懸頂導致的工作面范圍內(nèi)的集中靜載荷強度。

3 結語

401101工作面歷時123 d通過DF29斷層，工作面累計發(fā)生微震事件14 480次。通過采面注漿，順槽注漿錨索補強加固以及順槽頂板預裂爆破3個方案的共同實施，在回采期間巷道未發(fā)生頂板事故。這3個方案有效指導了該礦綜放工作面順利推采，從而實現(xiàn)工作面安全、平穩(wěn)通過斷層。此次順利通過斷層，不僅為彬長礦區(qū)災害治理研究工作提供了有力的技術支撐，同時也為同類型礦井提供借鑒。