（晉能控股煤業(yè)集團馬脊梁礦機掘三隊 山西 037027）

巷道掘進遇到斷層時，受到構造應力影響巷道圍巖破碎、膠結性差、強度低。采用普通的錨網索支護時受到錨桿長度限制錨固端處于破碎圍巖內，從而無法起到懸吊功能；巷道圍巖不平整，錨網、托盤等無法與圍巖表面緊密接觸、進而無法形成有效的耦合支護單元，使得斷層破碎帶內錨桿支護失效嚴重。眾多的研究學者從理論、實踐等方面對巷道掘進過斷層破碎帶圍巖控制展開研究，并提出注漿、管棚支護、全錨索支護等圍巖控制技術，并取得顯著的應用效果。但由于不同礦井間煤巖層賦存條件有顯著差異，巷道掘進方式、斷層賦存條件以及作業(yè)人員技術水平等均有明顯不同，因此，應根據巷道掘進過斷層實際情況，采取針對性支護措施確保圍巖穩(wěn)定。山西某礦為確保巷道過斷層期間圍巖穩(wěn)定，提出采用破碎帶注漿+錨網索+柔性梯形梁聯(lián)合支護措施控制圍巖變形，確保了斷層破碎帶圍巖穩(wěn)定，為巷道掘進及使用安全創(chuàng)造了良好條件。

1.工程概況

山西某礦5706運輸巷沿著7#煤頂板掘進，7#煤厚度5.6m，埋深460m，傾角2-9°。7#煤無偽頂，直接頂、基本頂分別為厚度2.7m的砂質泥巖、11.6m的粗砂巖，直接底為厚度5.4m泥巖。

5706運輸巷采用EBZ270綜掘機掘進，設計掘進長度為2850m，矩形斷面，寬×高=5200mm×5700mm。根據已有地質資料顯示，5706運輸巷掘進至520m-670m范圍內會揭露8條逆斷層，落差介于0.5m-1.7m、傾角30°-55°。在巷道掘進斷層期間圍巖破碎，巷道容易出現(xiàn)冒頂事故，從而威脅巷道掘進安全。如5706運輸巷掘進至530m時曾出現(xiàn)頂板冒落事故，冒落高度為750mm。采用常規(guī)的錨網索支護措施難以滿足圍巖控制需要，因此在5706運輸巷掘進過斷層破碎帶時應針對性采取破碎頂板支護技術，控制圍巖變形，實現(xiàn)巷道安全掘進。

圖1 巷道掘進遇斷層示意圖

2.斷層破碎帶原支護存在問題分析

5706運輸巷原采用錨網索支護技術，錨桿為φ24mm× 2400mm螺紋鋼錨桿、間排距均為1200mm；錨索為φ18.6mm× 6300mm鋼絞線，間排距均為2400mm。采用W鋼帶配合錨桿（索）控制圍巖變形。巷道過斷層破碎帶期間存在一定程度的頂板冒落問題，分析主要存在下述問題：

(1)原支護體系支護強度不足

5706運輸巷沿7#煤頂板掘進，直接頂為抗壓強度25MPa、厚度2.7m砂質泥巖，強度較低。巷道掘進過斷層破碎帶時，受到構造應力、巷道掘進以及圍巖破碎等因素影響，直接頂會與基本頂間出現(xiàn)一定離層。原支護采用的錨桿長度為2400mm，錨固端位于直接頂、基本頂間，當直接頂出現(xiàn)下沉后錨桿支護體系會出現(xiàn)部分失效，從而無法對圍巖進行有效控制。

(2)錨桿、錨索與圍巖耦合效果不佳

在巷道頂板上施工的錨桿、錨索主要通過與圍巖耦合作用提高圍巖強度及穩(wěn)定性，但是當圍巖破碎、強度較低時，錨桿、錨索起到的懸吊效果弱化，弱化耦合作用效果，從而增加圍巖變形量。

(3)讓壓效果不佳

支護采用的錨桿抗拉強度達到180MPa，但是延伸率僅為2%，整體讓壓效果較差。當巷道頂板出現(xiàn)應力集中時，由于錨桿讓壓效果較差，導致錨桿承受較大的剪切應力，導致部分錨桿出現(xiàn)折斷、變形等問題，從而增加巷道圍巖變形量。

3.斷層破碎帶巷道圍巖支護技術

為了確保巷道掘進過斷層破碎帶期間圍巖穩(wěn)定，避免出現(xiàn)冒頂、片幫以及垮落等安全事故，決定采取注漿加固+錨網索支護+柔性梯子梁對圍巖進行聯(lián)合支護。

(1)注漿加固

現(xiàn)階段礦井井下常用的注漿材料有無機注漿材料、有機注漿材料兩類，其中常用的有機注漿材料有聚氨酯、脲醛樹脂等，具有較強的滲透能力、粘結性能，但是注漿成本高；無機注漿材料如水泥單液漿、水泥水玻璃雙液漿等取材廣泛、成本低，但是也存在粘結時間長、漿液在縫隙中滲透能力差等缺點。5706運輸巷在過斷層破碎帶時圍巖破碎，為了給巷道掘進創(chuàng)造良好條件并加快巷道掘進速度，決定選用聚氨酯作為注漿材料。

(2)注漿鉆孔布置

在5706運輸巷掘進至斷層破碎帶后，即采用超前注漿方式加固圍巖。在掘進迎頭距離頂板1.0m位置施工3個鉆孔，鉆孔間距為1.8m、仰角60°、孔深5.0m，鉆孔終孔應位于7#煤層基本頂內。注漿孔施工完成后，首先檢查鉆孔質量并清理鉆孔內煤屑、巖屑，鉆孔質量合格后將2.0m長的注漿管塞入到注漿孔內并采用專用封孔器進行封孔。

(3)注漿施工工序

在注漿時按照先中部后兩側，即中部鉆孔先開始注漿、注漿完成后再進行兩側鉆孔注漿。注漿時注漿泵通過井下壓風提供動力，在注漿前應對壓風管是否出現(xiàn)破損進行檢查，確認無故障后通過U型卡鉗將注漿泵與壓風管連接，并開啟壓風管路上風閥。注漿壓力選擇1.5MPa，注漿孔封孔長度為1200mm，注漿完成2h后方可掘進巷道。

(4)錨網索支護

將巷道頂板錨桿長度由2.4m增加至3.5m，并在錨桿外端安裝長度300mm的高強讓壓彈簧，從而提升錨桿讓壓能力，并將錨桿錨固端增加至基本頂內，降低頂板下沉量。

為了降低錨桿施工給圍巖擾動，將錨桿間距×排距=1000mm×1000mm優(yōu)化成間距1300mm、排距1200mm。保持頂板錨索規(guī)格參數不變，巷幫仍按照原支護參數。通過增加錨桿長度并適當增加錨桿間排距，不僅可降低錨桿施工期間對圍巖擾動而且可為圍巖支護提供足夠的支撐力，降低巷道表層圍巖變形量。

(5)柔性梯子梁

為了提升斷層破碎帶內巷道頂板控制效果，確保支護體系可與頂板巖層耦合作用，在巷道過斷層破碎帶時采用柔性梯子梁控制變形。采用的柔性梯子梁結構包括有JW型鋼、圓鋼、圓鋼托盤、夾板以及高預應力錨索等構成，長×寬=4800mm×500mmm。

柔性梯子梁中的6根圓鋼（規(guī)格φ16mm×4800mm）通過4根夾板固定，夾板間距均為1500mm。柔性梯子梁采用3根（規(guī)格φ21.6mm×7000mm）預應力錨索、3塊長×寬=500mm×250mm的JW鋼帶固定，錨索及鋼帶間距均為1500mm。

柔性梯子梁在兩排錨桿間布置，排距均為1200mm。鄰近的兩排柔性梯子梁采用2根（規(guī)格φ20mm×1400mm）圓鋼連接，間距均為3000mm。具體巷道過斷層破碎帶期間布置的柔性梯子梁結構參數見圖2。

圖2 頂板柔性梯子梁結構參數

4.總結

（1）受到斷層影響，5706運輸巷掘進至520m-670m范圍內圍巖破碎，同時頂板巖層強度及穩(wěn)定性較低，給巷道圍巖控制帶來較大影響，為此，提出采用注漿方式加固斷層破碎帶圍巖。注漿完成后，頂板巖層抗壓強度由25MPa提升至57MPa，巖層穩(wěn)定性及強度顯著提升，可為巷道圍巖控制創(chuàng)造良好條件。

（2）對巷道原支護參數進行優(yōu)化，具體是將錨桿長度由2400mm增加至3500mm，并在錨桿外端布置高強讓壓彈簧增加錨桿讓壓能力，適當增加錨桿間排距從而降低錨桿施工對圍巖擾動。采用柔性梯子梁對斷層破碎帶頂板進行控制，柔性梯子梁不僅與頂板接觸面積大而且可有效避免鋼帶折斷、撕裂問題，可給巷道頂板提供足夠的支撐力。

（3）現(xiàn)場應用后，運輸巷在過斷層破碎帶期間未出現(xiàn)頂板冒落、煤壁片幫等問題，其中監(jiān)測到頂板、巷幫最大變形量分別為150mm、120mm，取得較好的圍巖控制效果。