吉艷偉

（山西陽(yáng)城陽(yáng)泰集團(tuán)伏巖煤業(yè)有限公司，山西 陽(yáng)城 048105）

我國(guó)煤礦以井工開采為主，需要掘進(jìn)大量的巷道，由于煤層賦存條件復(fù)雜，巷道掘進(jìn)必不可少會(huì)遇到斷層破碎帶等地質(zhì)構(gòu)造。斷層破碎帶范圍內(nèi)，巖體原巖應(yīng)力分布復(fù)雜，存在局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，受采掘活動(dòng)影響斷層易出現(xiàn)活化，應(yīng)力環(huán)境進(jìn)一步調(diào)整。由于斷層是上下盤巖層出現(xiàn)剪切破壞形成的，該區(qū)域內(nèi)巖體相對(duì)破碎，穩(wěn)定性極差，同時(shí)斷層附近富含裂隙、節(jié)理，在采掘活動(dòng)中易出現(xiàn)透水、突水現(xiàn)象[1-3]。由于斷層構(gòu)造帶應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，圍巖強(qiáng)度較低，導(dǎo)致巷道支護(hù)、維護(hù)困難[4-6]。本文以伏巖煤業(yè)3202 上分層運(yùn)輸順槽揭露F1 和F2 斷層為工程背景，通過(guò)提出斷層破碎帶圍巖控制原則，從而開發(fā)斷層破碎帶圍巖控制技術(shù)，可為類似地質(zhì)條件礦井巷道支護(hù)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，具有一定的研究意義。

1 工程概況

3202 上分層工作面位于二采區(qū)大巷西側(cè)，南鄰3201 采空區(qū)，北面為實(shí)體煤，東鄰二采區(qū)大巷。工作面地面標(biāo)高為+858～ +923 m，井下標(biāo)高為+425～+465 m，走向長(zhǎng)度為853 m，傾向長(zhǎng)度為190 m。煤層平均厚度4.96 m，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤層傾角1°～6°。基本頂為灰色細(xì)粒砂巖，厚度3.5 m，致密堅(jiān)硬，成分以石英為主，分選性和磨圓度中等；直接頂為灰黑色粉砂質(zhì)泥巖，厚度12.67 m，含植物化石；偽頂為黑色炭質(zhì)泥巖，厚度0.19 m，不穩(wěn)定，隨采隨落；直接底為黑色炭質(zhì)泥巖，厚度0.61 m，見植物化石，煤紋，方解石細(xì)脈；基本底為黑色粉砂質(zhì)泥巖，厚度4.52 m，植物化石豐實(shí)，含煤紋。地質(zhì)資料顯示， 3202 上分層運(yùn)輸順槽掘進(jìn)至664 m 和328 m 揭露斷層F1 和F2。F1 和F2 斷層均為正斷層，其中F1 走向NE-SW，傾向NW，傾角75°，最大落差4 m，延伸長(zhǎng)度260 m；F2 走向NE，傾向NW，傾角75°，最大落差4 m，延伸長(zhǎng)度110 m。

2 斷層破碎帶圍巖控制原則

斷層構(gòu)造帶區(qū)域圍巖應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，強(qiáng)度較低，受采掘活動(dòng)影響，巷道極易出現(xiàn)大變形現(xiàn)象，需采用特殊的控制技術(shù)。

（1）破碎圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化原則。斷層構(gòu)造帶區(qū)域圍巖強(qiáng)度較低，存在大量節(jié)理裂隙，自穩(wěn)能力較差，采用注漿強(qiáng)化方式提高圍巖強(qiáng)度，漿液滲透至巖層節(jié)理裂隙，促使巖體形成整體結(jié)構(gòu)，充分改善圍巖自身承載性能，為高預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)提供良好的圍巖條件。

（2）高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)主動(dòng)支護(hù)原則。采用高強(qiáng)度、高剛度錨桿索及其組件，利用高預(yù)應(yīng)力主動(dòng)支護(hù)原則，促使巷道圍巖形成一層主動(dòng)承載結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮圍巖自身承載性能，同時(shí)采用金屬網(wǎng)、鋼筋梯子梁、W 鋼帶提高護(hù)表面積，在巷道圍巖表面形成約束力，避免巷道表層巖體碎脹變形。

（3）圍巖表層防風(fēng)化原則。采用混凝土噴射技術(shù)在巷道表面噴射一層一定厚度同時(shí)具有一定強(qiáng)度的混凝土噴層結(jié)構(gòu)，防止巷道表層巖體風(fēng)化破壞，同時(shí)還可提高一定的柔性支護(hù)作用。

3 斷層破碎帶圍巖控制技術(shù)

基于3202 上分層運(yùn)輸順槽生產(chǎn)地質(zhì)條件，結(jié)合斷層破碎帶圍巖控制原則，提出斷層破碎帶圍巖控制技術(shù)。巷道掘進(jìn)寬度4.5 m，掘進(jìn)高度3.2 m。巷道注漿支護(hù)斷面和巷道高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)主動(dòng)支護(hù)斷面如圖1、圖2，具體技術(shù)和參數(shù)如下：

（1）破碎圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化支護(hù)。采用普通硅酸鹽水泥漿液，水灰比1:1.5，注漿孔直徑42 mm，長(zhǎng)度4.0 m，注漿管采用PVC 管，管徑為25 mm，長(zhǎng)度為2.5 m，注漿管上設(shè)置若干出漿孔，注漿壓力設(shè)計(jì)為2.0 MPa，間排距1.6 m×3.0 m。具體參數(shù)如圖1。

（2）高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)主動(dòng)支護(hù)。頂幫均采用錨網(wǎng)索支護(hù)，錨桿規(guī)格為Ф24 mm、L2.4 m 的高強(qiáng)錨桿，間排距800 mm×800 mm，錨桿采用14 mm 圓鋼焊接的鋼筋梯子梁連接，每根錨桿配套120 mm×120 mm×12 mm 的高強(qiáng)蝶形托盤，同時(shí)配套2 支樹脂錨固劑，1 支Z2360，1 支K2360，保證錨固長(zhǎng)度不低于1.2 m，錨桿預(yù)緊扭矩不低于300 N·m。采用錨索加強(qiáng)支護(hù)，頂板錨索為Ф21.6 mm、L7300 mm的鋼絞線，間排距1600 mm×3000 mm，幫部錨索為Ф19.8 mm、L5300mm 的鋼絞線，間排距1400 mm×3000 mm。錨索采用3 mm 厚的W 鋼帶連接，每根錨索配套300 mm×300 mm×14 mm 的高強(qiáng)蝶形托盤，同時(shí)配套4 支樹脂錨固劑，1 支Z2360，3 支K2360，保證錨固長(zhǎng)度不低于2.4 m，錨索張拉預(yù)緊力不低于45 MPa。頂幫均鋪設(shè)10#鋼筋編制的金屬網(wǎng)，頂板金屬網(wǎng)規(guī)格4400 mm×1200 mm，幫部金屬網(wǎng)規(guī)格3000 mm×1200 mm。具體支護(hù)參數(shù)如圖2。

圖1 巷道注漿支護(hù)斷面

圖2 巷道高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)主動(dòng)支護(hù)斷面

（3）混凝土噴層支護(hù)。巷道表面噴射100 mm厚的混凝土噴層，用于防止?jié){液外漏和圍巖表層防風(fēng)化，混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)為C20。

4 應(yīng)用效果分析

將斷層破碎帶圍巖控制技術(shù)用于3202 上分層運(yùn)輸順槽揭露的F1 和F2 斷層破碎帶，同時(shí)監(jiān)測(cè)巷道變形情況，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖3所示。巷道掘出50 d內(nèi)，圍巖變形速度較快，左幫平均變形速率1.46 mm/d，右?guī)推骄冃嗡俾?.71 mm/d，底板平均變形速率1.25 mm/d，頂板平均變形速率2.17 mm/d；巷道掘出50 d 后，巷道圍巖變形速度大幅度減小，平均變形速度小于0.5 mm/d，巷道圍巖趨于穩(wěn)定后，左幫最大變形約86 mm，右?guī)妥畲笞冃渭s92 mm，頂板最大變形約116 mm，底板最大變形約70 mm。整體看，巷道頂板變形最大，底板變形最小，左幫和右?guī)妥冃瘟拷咏?。綜合來(lái)看，巷道變形均在允許范圍內(nèi)，變形后的巷道可滿足服務(wù)需求，證明了斷層破碎帶圍巖控制技術(shù)與參數(shù)的合理性和可靠性。

圖3 巷道變形情況

5 結(jié)論

斷層構(gòu)造帶應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，圍巖強(qiáng)度較低，導(dǎo)致巷道維護(hù)困難。以伏巖煤業(yè)3202 上分層運(yùn)輸順槽揭露F1 和F2 斷層為工程背景，提出了斷層破碎帶圍巖控制原則，包括：破碎圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化原則、高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)主動(dòng)支護(hù)原則、圍巖表層防風(fēng)化原則，開發(fā)了斷層破碎帶圍巖控制技術(shù)，包括：破碎圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化支護(hù)、高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)主動(dòng)支護(hù)、混凝土噴層支護(hù)。技術(shù)應(yīng)用后，巷道變形均在允許范圍內(nèi)，且變形后的巷道尺寸可滿足服務(wù)需求。