高 誠(chéng)
(霍州煤電集團(tuán)辛置煤礦,山西 霍州 031400)
斷層是地下巖層受力出現(xiàn)斷裂,并沿?cái)嗔呀Y(jié)構(gòu)面發(fā)生顯著位移產(chǎn)生的地質(zhì)構(gòu)造,斷層構(gòu)造導(dǎo)致完整、連續(xù)的巖層出現(xiàn)斷裂,并由此加劇了巖層的風(fēng)化和破碎。因此,斷層構(gòu)造附近圍巖應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜、巖層完整性和承載能力較差,掘進(jìn)巷道必會(huì)遇見(jiàn)斷層構(gòu)造。由于煤層埋深的影響,加上本身強(qiáng)度較低,在遇見(jiàn)斷層構(gòu)造時(shí),其揭露的圍巖整體性較差,圍巖維護(hù)極為困難,極易出現(xiàn)片幫、冒頂?shù)仁鹿蔥1-2]。在煤礦巷道支護(hù)領(lǐng)域,目前主要采用錨桿支護(hù)、注漿支護(hù)和型鋼架棚支護(hù)等技術(shù)手段。在揭露斷層區(qū)域,巷道圍巖完整性較差、應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜,單一支護(hù)不足以實(shí)現(xiàn)巷道的穩(wěn)定控制[3-5]。以辛置煤礦2-208 回風(fēng)巷揭露多條斷層為工程背景,提出采用錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)回風(fēng)巷的快速掘進(jìn)和穩(wěn)定控制。
2-208 工作面位于二疊系山西組2#煤層,2-208工作面回風(fēng)巷服務(wù)于2-208 工作面,用于回風(fēng)、輔助運(yùn)輸。地質(zhì)資料顯示,工作面開(kāi)采區(qū)域煤層平均厚度4.1 m,平均傾角4°,含2 層夾矸,結(jié)構(gòu)復(fù)雜。其直接頂為0~7.5 m(平均3.8 m)厚的灰黑色砂泥巖,基本頂為6~8.2 m(平均7.2 m)厚的灰白色K8 中細(xì)砂巖,基本底為4.0~7.8 m(平均5.9 m)厚的灰白色中砂巖?;仫L(fēng)巷設(shè)計(jì)斷面采用矩形斷面,巷道掘進(jìn)寬度4.1 m,掘進(jìn)高度3.9 m,設(shè)計(jì)掘進(jìn)長(zhǎng)度576 m。根據(jù)鉆孔探測(cè)結(jié)果,巷道掘進(jìn)過(guò)程中將陸續(xù)揭露F1167、F1166、F1164、F1005 等多條斷層,其中,F(xiàn)1167 和F1166 斷層落差為5 m,嚴(yán)重威脅到巷道圍巖的穩(wěn)定控制。巷道揭露斷層情況見(jiàn)表1。
表1 回風(fēng)巷揭露斷層情況
2-208 工作面回風(fēng)巷掘進(jìn)揭露多條斷層,其圍巖應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜,完整性較差,采掘擾動(dòng)后易出現(xiàn)嚴(yán)重變形現(xiàn)象,因此,在斷層影響區(qū)域需采用特殊的支護(hù)技術(shù)。
(1)斷層區(qū)域圍巖強(qiáng)化加固思路。受斷層影響,巷道圍巖完整性較差,承載能力較低。為此,可采用破碎圍巖注漿強(qiáng)化的方式,利用注漿材料的粘結(jié)性,促使破碎圍巖形成完整結(jié)構(gòu),從而提高圍巖承載能力。
(2)三高錨桿主動(dòng)支護(hù)原則。大量工程案例表明,錨桿支護(hù)具備施工速度快、圍巖控制效果好、成本低的優(yōu)點(diǎn),采用具備高強(qiáng)度、高剛度桿體制作的錨桿及其組件,通過(guò)施加一定的預(yù)緊力,在圍巖內(nèi)部形成主動(dòng)承載結(jié)構(gòu),充分發(fā)揮圍巖的自身承載能力。
(3)支護(hù)參數(shù)合理匹配原則。斷層影響區(qū)域采用多種支護(hù)方聯(lián)合實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道圍巖的穩(wěn)定控制,根據(jù)圍巖自身特點(diǎn),采用相互匹配的支護(hù)參數(shù),促使支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖形成統(tǒng)一承載體,從而實(shí)現(xiàn)巷道圍巖的穩(wěn)定控制。
基于2-208 工作面回風(fēng)巷生產(chǎn)地質(zhì)條件,結(jié)合斷層區(qū)域圍巖控制思路和原則,提出斷層區(qū)域錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護(hù)方案。巷道為矩形斷面,掘?qū)?.1 m,掘高3.9 m。巷道支護(hù)斷面如圖1,具體技術(shù)和參數(shù)如下:
(1)斷層區(qū)域圍巖強(qiáng)化支護(hù)。采用水灰比1:1.5的硅酸鹽水泥進(jìn)行圍巖注漿強(qiáng)化,利用水泥漿液的粘結(jié)性,促使破碎圍巖形成完整結(jié)構(gòu),從而提高圍巖承載能力。頂板注漿孔長(zhǎng)度設(shè)計(jì)4.0 m,幫部注漿孔長(zhǎng)度設(shè)計(jì)3.0 m,注漿孔直徑設(shè)計(jì)42 mm,注漿管設(shè)計(jì)采用PVC 管,頂板注漿管長(zhǎng)度設(shè)計(jì)3.0 m,幫部注漿管長(zhǎng)度設(shè)計(jì)2.5 m,注漿管管徑設(shè)計(jì)25 mm,間排距1.4 m×1.6 m。具體參數(shù)見(jiàn)圖1。
圖1 巷道支護(hù)斷面圖
(2)三高錨桿主動(dòng)支護(hù)參數(shù)。采用規(guī)格為Ф22 mm×L2.4 m 的左旋高強(qiáng)錨桿,配套規(guī)格為120 mm×120 mm×12 mm 的蝶形托盤(pán),錨桿間排距設(shè)計(jì)為0.8 m×0.8m。錨桿采用直徑12 mm 的圓鋼焊接而成的鋼筋梯子梁成排連接,每根錨桿均配套1支K2335 和1 支Z2360 樹(shù)脂錨固劑,實(shí)現(xiàn)錨桿端部加長(zhǎng)錨固,保證錨桿錨固力不低于100 kN,設(shè)計(jì)錨桿預(yù)緊扭矩不低于300 N·m。三高錨桿主動(dòng)支護(hù)在圍巖內(nèi)部形成主動(dòng)承載結(jié)構(gòu),充分發(fā)揮圍巖的自身承載能力。頂板采用規(guī)格Ф21.8 mm×L7.3 m 的錨索進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù),配套規(guī)格300 mm×300 mm×16 mm 的蝶形托盤(pán)和專用的高強(qiáng)度鎖具,錨索間排距設(shè)計(jì)為1.4 m×1.6 m。錨索采用直徑12 mm 的圓鋼焊接而成的雙筋鋼筋梯子梁成排連接,每根錨索均配套1支K2335 和2 支Z2360 樹(shù)脂錨固劑,張拉預(yù)緊力不低于40 MPa。頂板和幫部均采用10#鐵絲編制的菱形金屬增加支護(hù)結(jié)構(gòu)的護(hù)表面積,頂網(wǎng)規(guī)格為4.1 m×1.0 m,幫網(wǎng)規(guī)格3.8 m×1.0 m。采用相互匹配的支護(hù)參數(shù)(錨網(wǎng)索注參數(shù)),促使支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖形成統(tǒng)一承載體,可實(shí)現(xiàn)巷道圍巖穩(wěn)定控制。
將設(shè)計(jì)的斷層區(qū)域錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護(hù)方案應(yīng)用于2-208 回風(fēng)巷揭露斷層區(qū)域(F1167、F1166、F1164、F1005 斷層區(qū)域)及兩側(cè)各20 m,應(yīng)用后及時(shí)測(cè)量巷道變形情況以便優(yōu)化支護(hù)參數(shù)。圖2 給出了巷道掘進(jìn)120 d(4 個(gè)月)的巷道圍巖表面變形量。由圖可知,巷道圍巖變形主要發(fā)生在巷道掘出80 d 內(nèi),80 d 后巷道圍巖變形量趨于平穩(wěn)。巷道掘出80 d 內(nèi),巷道頂?shù)装鍘r層平均移近速度為2.01 mm/d,巷道兩幫圍巖平均移近速度為1.59 mm/d。此時(shí),巷道頂?shù)装鍘r層移近量為161 mm,巷道兩幫圍巖移近量為127 mm。掘進(jìn)穩(wěn)定后,巷道變形量有所增加,但增加幅度較小。巷道頂?shù)装鍘r層最大移近量為163 mm,巷道兩幫圍巖最大移近量為137 mm。整體看巷道頂?shù)讎鷰r變形略大于兩幫圍巖,其兩幫變形滯后于頂?shù)装遄冃巍?/p>
圖2 巷道變形情況
綜上所述,巷道變形后的尺寸仍可滿足2-208工作面開(kāi)采需求,說(shuō)明了斷層區(qū)域錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護(hù)方案合理、可靠。
以2-208 回風(fēng)巷揭露多條斷層為工程背景,提出了斷層區(qū)域圍巖控制思路和原則,包括斷層區(qū)域圍巖強(qiáng)化加固思路、三高錨桿主動(dòng)支護(hù)原則以及支護(hù)參數(shù)合理匹配原則?;诖?,提出采用錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護(hù)技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)回風(fēng)巷斷層區(qū)域的穩(wěn)定控制。技術(shù)應(yīng)用后,巷道頂?shù)装鍘r層最大移近量為163 mm,巷道兩幫圍巖最大移近量為137 mm,實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)巷道的穩(wěn)定控制,證明了斷層區(qū)域錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護(hù)技術(shù)的合理性和可靠性。