蘇 朋

（山西汾西宜興煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 033000）

引言

巷道是煤炭開(kāi)采運(yùn)輸、通風(fēng)以及行人的通道，受地質(zhì)構(gòu)造、煤層賦存條件以及水文、巷道支護(hù)參數(shù)等因素影響，回采巷道掘進(jìn)后常出現(xiàn)頂板冒落、煤壁片幫、底鼓、圍巖嚴(yán)重變形以及滲水等情況，給巷道正常使用帶來(lái)威脅[1-4]。因此，針對(duì)掘進(jìn)巷道圍巖性質(zhì)，采取針對(duì)性圍巖控制技術(shù)對(duì)確保巷道正常使用具有重要意義。隨著礦井采掘深度增加，回采巷道掘進(jìn)受到地質(zhì)構(gòu)造影響更趨明顯，巷道掘進(jìn)過(guò)斷層、陷落柱以及褶曲等構(gòu)造時(shí)往往出現(xiàn)圍巖破碎、構(gòu)造應(yīng)力發(fā)育、圍巖穩(wěn)定性差等問(wèn)題[5]。特別是巷道掘進(jìn)過(guò)斷層破碎帶時(shí)，圍巖控制較為困難。為此，眾多研究學(xué)者從巷道掘進(jìn)斷面、掘進(jìn)方式、施工安排以及支護(hù)形式等展開(kāi)研究，并提出架棚、注漿、錨網(wǎng)索支護(hù)等多種圍巖支護(hù)形式[6-7]。文中以山西某礦1506 巷掘進(jìn)過(guò)DF21 斷層為工程實(shí)例，提出采用注漿+U 型鋼架棚+錨網(wǎng)噴方式控制圍巖變形，取得較好應(yīng)用成果。

1 1506 巷工程概況

山西某礦1506 巷沿著5 號(hào)煤層底板掘進(jìn)，巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)距離為590 m、半圓拱斷面，采用綜合機(jī)械化方式掘進(jìn)。5 號(hào)煤層賦存地質(zhì)條件較為復(fù)雜，現(xiàn)開(kāi)采區(qū)域整體位于一褶曲背部。5 號(hào)煤層厚度平均5.9m，煤層傾角10°，屬于全區(qū)可采煤層。前期物探資料顯示，1506 巷掘進(jìn)范圍內(nèi)會(huì)揭露DF21、DF26 等多條斷層，其中DF21 斷層對(duì)巷道掘進(jìn)有較為顯著影響。

5 號(hào)煤層上覆有厚度0.26 m 泥巖偽頂、賦存不穩(wěn)定；直接頂以泥巖為主、局部為粉砂巖，厚度為3.6m；基本頂以細(xì)砂巖、粗砂巖為主，厚度為4.6 m；直接底為泥巖、砂質(zhì)泥巖互層，厚度為2.8 m。5 號(hào)煤層頂?shù)装鍘r層中的泥巖、砂質(zhì)泥巖軟化系數(shù)較高、孔隙率大、承載能力較低，遇水時(shí)容易泥化。

2 掘進(jìn)過(guò)斷層破碎帶圍巖支護(hù)技術(shù)

1506 巷掘進(jìn)過(guò)DF21 斷層破碎帶時(shí)，受到圍巖破碎、裂隙發(fā)育等影響，巷道圍巖極其容易出現(xiàn)片幫、冒頂事故。為此，提出以注漿、錨網(wǎng)噴+U 型鋼為核心的圍巖支護(hù)技術(shù)方案。

2.1 超前預(yù)注漿

為了確保巷道安全掘進(jìn)過(guò)斷層破碎帶，為掘進(jìn)迎頭安全施工創(chuàng)造良好條件，提出使用注漿方式對(duì)斷層破碎帶內(nèi)圍巖進(jìn)行加固。考慮到5 號(hào)煤層頂?shù)装鍘r層為孔隙率大、承載能力較低以及遇水時(shí)容易泥化的泥巖，注漿時(shí)不宜采用析水率相對(duì)較高的水泥漿液，為此，注漿材料選用聚氨酯。聚氨酯具有黏度低、可注性好、流動(dòng)性優(yōu)異以及膠結(jié)后強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。

具體巷道內(nèi)施工的注漿孔見(jiàn)圖1 所示，使用注漿管聚氨酯注入到斷層破碎帶內(nèi)，注漿孔孔深為4.0m、注漿壓力選擇為0.8 MPa，待注漿時(shí)間滿20 min 后即可停止注漿，注漿完成15 min 后即可開(kāi)始掘進(jìn)巷道。

圖1 巷道內(nèi)施工的注漿孔示意圖

2.2 錨網(wǎng)噴、U 型鋼支護(hù)

待巷道掘進(jìn)至斷層破碎帶時(shí)，由于提前在斷層破碎帶內(nèi)注入有聚氨酯，斷層破碎帶內(nèi)巖體整體穩(wěn)定性以及強(qiáng)度均得以顯著提升，從而可為后續(xù)錨桿、錨索以及U 型鋼架設(shè)等提供良好條件。圍巖支護(hù)時(shí)使用的錨桿規(guī)格為Φ20 mm×2 600 mm，間排距按照1 000 mm×1 000 mm 布置，采用樹(shù)脂錨固劑錨固，錨固力以及抗拉強(qiáng)度分別為60 kN、190 MPa，錨桿支護(hù)時(shí)配套使用的長(zhǎng)×寬×厚=250 mm×250 mm×10 mm 金屬托盤；在巷道表層鋪設(shè)長(zhǎng)×寬×厚=3 000 mm×3 000 mm×4 mm 菱形金屬網(wǎng)；錨桿、金屬網(wǎng)鋪設(shè)完畢后，在巷道表層噴霧一層強(qiáng)度為C30 的抗?jié)B混凝土，厚度為80 mm。具體斷層破碎帶內(nèi)錨網(wǎng)噴、U型鋼支護(hù)設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖2 所示。

圖2 錨網(wǎng)噴、U 型鋼支護(hù)設(shè)計(jì)圖

3 斷層破碎帶圍巖支護(hù)效果分析

為了掌握巷道掘進(jìn)過(guò)斷層破碎帶期間采用的注漿、錨網(wǎng)噴以及U 型鋼支護(hù)效果，對(duì)巷道圍巖變形量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在斷層破碎帶內(nèi)間隔15 m 布置2 個(gè)測(cè)站，每個(gè)測(cè)站內(nèi)均布置3 個(gè)測(cè)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)頂板、兩側(cè)巷幫變形量進(jìn)行測(cè)定。具體2 個(gè)測(cè)站獲取到的頂板下沉量以及巷幫收斂變形量曲線見(jiàn)圖3 所示。

從圖3 看出，兩側(cè)測(cè)站獲取到的頂板、巷板變形量曲線變化趨勢(shì)類型，圍巖變形量在前7 d 內(nèi)變化較為明顯，后續(xù)變形基本區(qū)域穩(wěn)定。兩個(gè)測(cè)站監(jiān)測(cè)獲取到的頂板最大下沉量分別為30.5 mm、44.3 mm，巷幫收斂量分別為25.6 mm、35.4 mm，測(cè)定的巷道圍巖變形量均在穩(wěn)定范圍內(nèi)。2 號(hào)測(cè)站監(jiān)測(cè)得到的圍巖變形量較1 號(hào)測(cè)站較大，分析主要是由于2 號(hào)測(cè)站范圍內(nèi)有一定的涌出，從而導(dǎo)致圍巖變形量有所增加，但是通過(guò)使用注漿、錨網(wǎng)噴、U 型鋼支護(hù)，可有效遏制圍巖變形。

圖3 測(cè)站頂板以及巷幫變形量監(jiān)測(cè)結(jié)果

4 結(jié)論

1）斷層是影響巷道掘進(jìn)安全常見(jiàn)的地質(zhì)構(gòu)造類型，受到斷層影響，斷層破碎帶內(nèi)煤巖體裂隙較為發(fā)育，會(huì)給巷道掘進(jìn)安全帶來(lái)較大威脅。巷道掘進(jìn)過(guò)斷層破碎帶時(shí)若不采取針對(duì)性的圍巖控制措施極其容易出現(xiàn)頂板淋水、煤壁片幫、頂板冒落以及支護(hù)結(jié)構(gòu)失效等問(wèn)題。

2）采用超前注漿、錨網(wǎng)噴、U 型鋼方式對(duì)圍巖進(jìn)行控制，并根據(jù)掘進(jìn)工作面實(shí)際情況對(duì)注漿、圍巖支護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，斷層破碎帶內(nèi)巷道頂板、巷幫最大變形量分別控制在44.3 mm、35.4 mm，圍巖變形在允許范圍內(nèi)。