付文軍

（陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)長(zhǎng)溝煤礦有限責(zé)任公司，山西 和順 030600）

斷層破碎帶是一種嚴(yán)重影響煤巷掘進(jìn)及支護(hù)的地質(zhì)構(gòu)造。受構(gòu)造應(yīng)力影響，斷層附近應(yīng)力集中、礦壓顯現(xiàn)劇烈；斷層破碎帶區(qū)域發(fā)育有次生小構(gòu)造，圍巖松散破碎，承載能力差，圍巖變形顯著。巷道掘成后易發(fā)生長(zhǎng)時(shí)持續(xù)變形，難以進(jìn)入變形穩(wěn)定階段，給巷道的掘進(jìn)及支護(hù)工作帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。巷道掘成后后期常需要經(jīng)歷多次返修加固，工程量及成本較大，且返修期間影響巷道正常使用。因此需研究斷層破碎帶煤巷的變形破壞特征，提出合理措施加強(qiáng)圍巖控制效果，有諸多學(xué)者曾對(duì)此進(jìn)行了研究[1-4]。

針對(duì)長(zhǎng)溝煤礦15123 工作面回風(fēng)巷斷層破碎帶附近變形嚴(yán)重問(wèn)題，擬采用注漿錨索支護(hù)技術(shù)予以解決；實(shí)踐中，視現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)支護(hù)參數(shù)優(yōu)化調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)對(duì)斷層構(gòu)造影響區(qū)煤巷圍巖的有效控制。

1 工程概況

長(zhǎng)溝煤礦隸屬陽(yáng)煤集團(tuán)，其15123 工作面位于長(zhǎng)溝煤礦15#煤層一區(qū)。主采的15#煤層，平均傾角在7°，平均厚度為5.2 m，煤層節(jié)理裂隙較為發(fā)育，硬度較小。工作面標(biāo)高為+950～+1 000 m，工作面面長(zhǎng)為180 m，可采走向長(zhǎng)度1 130 m，工作面產(chǎn)量可達(dá)4 020 t/d。

15123 工作面回風(fēng)巷沿煤層頂板布置，巷道設(shè)計(jì)為矩形斷面，巷道尺寸為寬×高=4.5 m×3 m，在巷道掘進(jìn)過(guò)程中依次揭露F4、F6斷層，揭露斷層具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 F4、F6 斷層上下盤組合情況及厚度

回風(fēng)巷原支護(hù)設(shè)計(jì)為錨桿支護(hù)系統(tǒng)，支護(hù)參數(shù)為：頂部選用Φ20 mm×2 400 mm普通錨桿，幫部選用Φ20 mm×2 400 mm普通錨桿，錨桿間排距為0.8 m×0.8 m，預(yù)緊力100 kN。原支護(hù)情況見(jiàn)圖1。

圖1 回風(fēng)巷原支護(hù)布置（單位/mm）

2 巷道變形分析

該回風(fēng)巷頂板圍巖為泥巖，同時(shí)在斷層破碎帶影響區(qū)域圍巖較為破碎，承載能力不佳，受擾動(dòng)易發(fā)生顯著變形，影響巷道服務(wù)期間的正常使用。圍巖變形有如下特征：

1）斷層破碎帶區(qū)域巷道變形顯著。巷道掘成后七天內(nèi)，變形速率均值可達(dá)22～28 mm/d，峰值可達(dá)101 mm/d，觀測(cè)得到的頂?shù)装逡平窟_(dá)1 100～1 500 mm，兩幫收斂量達(dá)800～1 400 mm。

2）長(zhǎng)時(shí)持續(xù)變形。預(yù)計(jì)巷道掘成后需經(jīng)歷至少30～60 d方能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

3 注漿錨索技術(shù)

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況，應(yīng)從提高圍巖承載能力與支護(hù)體強(qiáng)度兩方面入手以控制斷層破碎區(qū)煤層巷道的長(zhǎng)時(shí)流變。一是提高支護(hù)系統(tǒng)的強(qiáng)度，通過(guò)高強(qiáng)高預(yù)緊力注漿錨索，限制離層形變，保持圍巖整體結(jié)構(gòu)完整，提高圍巖--支護(hù)體系統(tǒng)的穩(wěn)定性；二是通過(guò)注漿增強(qiáng)圍巖自身的承載能力，形成圍巖承載結(jié)構(gòu)，從而減輕支護(hù)系統(tǒng)的壓力。

考慮到該回風(fēng)巷受斷層構(gòu)造影響，圍巖破碎、承載能力差，同時(shí)巷道圍巖所處應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，支護(hù)系統(tǒng)需具有足夠的剛度，滿足復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境支護(hù)需求。

基于上述分析，斷層破碎帶區(qū)域巷道擬采用注漿錨索、高強(qiáng)錨注支護(hù)系統(tǒng)。從圍巖注漿改性、支護(hù)體系強(qiáng)化兩方面控制巷道圍巖變形。即通過(guò)普通錨桿和高強(qiáng)注漿錨索的配合，形成多層次高強(qiáng)度支護(hù)系統(tǒng)，控制淺部和深部圍巖的離層變形，同時(shí)，對(duì)圍巖注漿改性提升圍巖承載性能，最終通過(guò)錨桿索支護(hù)系統(tǒng)控制圍巖的長(zhǎng)時(shí)持續(xù)變形，保障巷道服務(wù)期間的安全。

該支護(hù)技術(shù)特別適用于圍巖條件較差、斷層構(gòu)造附近等應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜的煤層巷道的大變形控制，對(duì)于斷層構(gòu)造區(qū)煤巷的支護(hù)較為適用。

4 錨注工藝

4.1 支護(hù)參數(shù)

基于原支護(hù)設(shè)計(jì)，增加注漿錨索、高強(qiáng)錨注支護(hù)。在原支護(hù)的基礎(chǔ)上，頂板增加了三根Φ22 mm×8 250 mm注漿錨索，間排距設(shè)計(jì)為1 400 mm×1 600 mm，預(yù)緊力250 kN；兩幫各增加了三根Φ22 mm×4 250 mm注漿錨索，間排距設(shè)計(jì)為1 200 mm×1 600 mm，預(yù)緊力150 kN；注漿錨索配合300 mm×300 mm×16 mm高強(qiáng)錳鋼鼓形托盤使用。支護(hù)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。當(dāng)圍巖條件較差時(shí)可適當(dāng)增加注漿錨索支護(hù)密度，從而保證支護(hù)系統(tǒng)對(duì)圍巖變形的有效控制。

圖2 注漿錨索支護(hù)設(shè)計(jì)巷道斷面（單位/mm）

4.2 施工要點(diǎn)

（1）當(dāng)巷道圍巖極為破碎時(shí)，可通過(guò)長(zhǎng)4 000 mm、厚8 mm的梯形鋼帶與注漿錨索組成錨索梁加強(qiáng)支護(hù)。

（2）每根注漿錨索使用CK2370（里段一根）、Z2370（外段一根）樹(shù)脂錨固劑固定，完成錨固30 min后開(kāi)始緊固，錨索外露長(zhǎng)度控制在150～250 mm。完成安裝48 h后，若預(yù)緊力下降，要及時(shí)補(bǔ)打。

（3）當(dāng)原設(shè)計(jì)已施工的錨桿影響施工，可適當(dāng)調(diào)整位置但間距誤差控制在0.5 m。

（4）當(dāng)頂板結(jié)構(gòu)較好時(shí)，可采取集中施工注漿錨索再集中注漿的方式進(jìn)行施工；若巷道圍巖破碎且頂板來(lái)壓顯著時(shí)，應(yīng)采用隨施工注漿錨索隨注漿的方式進(jìn)行施工。

5 應(yīng)用分析

為檢驗(yàn)注漿錨索支護(hù)效果，對(duì)巷道圍巖變形情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖3。

圖3 巷道表面位移變化曲線

從圖3可知，最終巷道兩幫移近量102 mm，頂板下沉量81 mm，底鼓量20 mm。注漿錨索有效控制巷道圍巖變形，巷道變形量在可控范圍內(nèi)，仍保持較大巷道斷面，整體穩(wěn)定性較好。采用注漿錨索、高強(qiáng)錨注支護(hù)圍巖控制效果良好。

6 結(jié)論

1）為解決15123 工作面回風(fēng)巷受斷層構(gòu)造影響變形嚴(yán)重問(wèn)題，并確保服務(wù)期間巷道的正常使用，擬采用注漿錨索、高強(qiáng)錨注技術(shù)對(duì)頂板進(jìn)行加固支護(hù)。

2）應(yīng)用效果比原錨桿支護(hù)優(yōu)越。原錨桿巷道變形顯著。巷道掘成后七天內(nèi)，變形速率均值達(dá)22～28 mm/d，峰值達(dá)101 mm/d，觀測(cè)得到的頂?shù)装逡平窟_(dá)1 100～1 500 mm，兩幫收斂量達(dá)800～1 400 mm。采用錨注新工藝后，最終巷道兩幫移近量102 mm，頂板下沉量81 mm，底鼓量20 mm。注漿錨索有效控制住了巷道圍巖變形，支護(hù)效果較好。

3）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)表明，注漿錨索、高強(qiáng)錨注技術(shù)強(qiáng)化了圍巖自身承載性能，改善了圍巖控制效果，抑制了圍巖離層變形，保證了巷道圍巖整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。