賀 健

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司雙柳煤礦，山西 柳林 033300）

引言

巷道掘進(jìn)時(shí)遇到巖性較差區(qū)域時(shí)容出現(xiàn)頂板冒落、變形量過大以及突水等安全事故，針對此類地質(zhì)條件采取針對性圍巖控制措施對提高巷道掘進(jìn)安全具有重要意義[1-2]?，F(xiàn)階段礦井普遍采用錨網(wǎng)索方式支護(hù)巷道圍巖，當(dāng)錨桿、錨索錨固端巖層穩(wěn)定性較差時(shí)，難以有效控制圍巖變形[3-5]。斷層是巷道掘進(jìn)過程中常見地質(zhì)構(gòu)造，在斷層影響區(qū)域內(nèi)巖層破碎，從而給巷道正常掘進(jìn)帶來影響[6]。山西某礦3505 運(yùn)輸巷在掘進(jìn)過程中揭露DF15 斷層，在斷層影響帶附近受圍巖破碎、巖體自身承載能力不足等因素影響，巷道圍巖控制困難，為此在過斷層期間提出采用“注漿+預(yù)應(yīng)力錨桿+U 型架棚”方式控制圍巖變形，現(xiàn)場取得較好圍巖控制效果。

1 工程概況

3505 運(yùn)輸巷位于3 采區(qū)北側(cè)，沿著3#煤層頂板掘進(jìn)，煤層厚度平均3.8m，傾角3°，埋深平均580 m。受到區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，3#煤層頂板巖層破碎、裂隙發(fā)育，為此運(yùn)輸巷斷面設(shè)計(jì)為直墻半圓拱型，斷面積為20.9 m2。依據(jù)已有地質(zhì)資料，3505 運(yùn)輸巷掘進(jìn)過程中會揭露DF15 斷層（H=0 m～36 m，129°∠63°），斷層破碎帶寬度約30m。在DF15 斷層影響區(qū)范圍內(nèi)3#煤層影響傾角有所增加。頂板巖層巖性為厚度4.8 m 砂質(zhì)泥巖、底板為厚度6.5 m 鋁質(zhì)泥巖。

2 巷道掘進(jìn)過斷層支護(hù)方案

依據(jù)掘進(jìn)巷道地質(zhì)條件、DF15 斷層賦存情況，在巷道掘進(jìn)過斷層期間提出采用“注漿+預(yù)應(yīng)力錨桿+U 型架棚”方式控制圍巖變形，為巷道后續(xù)使用創(chuàng)造良好條件。

由于斷層破碎帶內(nèi)巖體裂隙發(fā)育，往往是優(yōu)良的導(dǎo)水通道，因此在注漿加固前在掘進(jìn)迎頭位置先施工混凝土擋水墻，確保注漿安全。

施工的擋水墻厚度為2.0 m，采用C30 混凝土砌筑，通過分層澆筑、振搗提高墻體穩(wěn)定性，單次澆筑的混凝土層厚度為400 mm。

2.1 注漿加固方案

在DF15 斷層破碎帶附近掘進(jìn)時(shí)，圍巖破碎，可能出現(xiàn)大范圍頂板冒落、涌水以及圍巖變形加劇等問題。為此，采用注漿方式加固斷層破碎帶，以便封堵導(dǎo)水裂隙、提高破碎圍巖自身承載能力以及穩(wěn)定性。注漿鉆孔布置在巷道頂部，沿著中軸線對稱布置，注漿加固范圍為斷層破碎帶前后15 m，即與斷層破碎帶相距15 m 時(shí)即開始注漿、掘進(jìn)過斷層破碎帶15 m 后停止注漿，注漿加固長度共計(jì)60 m。布置的注漿孔孔徑為85 mm。在注漿孔空口安裝外徑130 mm、內(nèi)徑108 mm 孔口管。具體過斷層期間注漿孔布置，如第161 頁圖1 所示。

圖1 注漿孔布置示意圖

注漿漿液選擇水泥單液漿，選用水泥型號為礦渣硅酸鹽水泥，根據(jù)現(xiàn)場注漿需要按照2∶1、1∶1以及0.75∶1 水灰質(zhì)量比進(jìn)行配制。鉆孔注漿壓力選擇為3 MPa～5 MPa，根據(jù)現(xiàn)場條件以及經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到鉆孔注漿量為1 950 m3。

2.2 錨桿索支護(hù)設(shè)計(jì)

通過注漿后可提高斷層破碎帶巖層穩(wěn)定性，采用錨桿索可進(jìn)一步提高圍巖承載能力，滿足圍巖控制需要。支護(hù)采用的錨桿均為螺紋鋼錨桿，規(guī)格為Φ22 mm×2 200 mm，間排距均設(shè)計(jì)為700 mm；采用的錨索規(guī)格為Φ21.6 mm×7 500 mm，間排距為1 600 mm×1 800 mm。錨桿、錨索施工完成后均施加一定的預(yù)緊力，提高圍巖控制能力。

2.3 U 型架棚支護(hù)

巷道在掘進(jìn)過斷層破碎帶期間采用短掘短支方式，通過降低一次破巖距離來達(dá)到降低圍巖變形量目的。在3505 運(yùn)輸巷掘進(jìn)過運(yùn)輸巷期間使用U29鋼支架支護(hù)圍巖，待掘進(jìn)形成毛斷面后，首先進(jìn)行初噴（噴射厚度50 mm、材料為C20 混凝土），隨后使用U29 支架（規(guī)格5 500 mm×4 700 mm）。架棚支護(hù)時(shí)頂梁兩端與棚腿彎曲部間留設(shè)450 mmd 搭接寬度。在搭設(shè)頂梁時(shí)，使用木板、管架、鋼管等搭設(shè)施工平臺。

3 圍巖控制效果分析

在3505 運(yùn)輸巷掘進(jìn)過DF15 斷層期間，采用注漿、錨網(wǎng)索、架棚等方式對斷層破碎帶圍巖進(jìn)行支護(hù)。在斷層破碎帶內(nèi)布置測點(diǎn)對支護(hù)后的圍巖變形量進(jìn)行監(jiān)測，具體監(jiān)測結(jié)果，如圖2 所示。

圖2 圍巖變形量監(jiān)測結(jié)果

從監(jiān)測結(jié)果看出，在監(jiān)測期間圍巖前10 d 變化較大，其中頂板變形速度最大為2.5 mm/d、下沉量最大為34 mm；巷幫變形速度最大為4.8 mm/d，變形量最大值為47 mm；隨著支護(hù)時(shí)間增加，圍巖變形量增加速度逐漸降低，最終支護(hù)完成40 d 后圍巖變形趨穩(wěn)，頂板、巷幫最大變形量分別控制到52 mm、93 mm，圍巖變形量整體較小，同時(shí)在運(yùn)輸巷掘進(jìn)過斷層期間圍巖未出現(xiàn)淋水。運(yùn)輸巷掘進(jìn)期間采用的圍巖支護(hù)技術(shù)可滿足斷層破碎帶圍巖控制需要，不會給后續(xù)使用帶來威脅。

4 結(jié)語

斷層是煤炭開過程中常見地質(zhì)構(gòu)造，3505 運(yùn)輸巷掘進(jìn)過斷層破碎帶期間面臨的主要問題是斷層破碎、自身承載能力不足、圍巖涌水等因素導(dǎo)致。提高圍巖自身穩(wěn)定性以及強(qiáng)度是確保巷道圍巖穩(wěn)定的關(guān)鍵。為此，3505 運(yùn)輸巷掘進(jìn)過DF15 斷層期間綜合使用“注漿+錨網(wǎng)索+架棚”支護(hù)方式，通過超前注漿提高斷層破碎帶巖體穩(wěn)定性，采用錨網(wǎng)索構(gòu)成主動支護(hù)，使用架棚構(gòu)成被動支護(hù)?，F(xiàn)場應(yīng)用后，3505 運(yùn)輸巷掘進(jìn)過斷層期間圍巖未出現(xiàn)涌水，同時(shí)頂板、巷幫變形量分別控制在52 mm、93 mm 以內(nèi)，取得較為顯著的圍巖控制效果。