祁建永

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)簸箕掌煤礦，山西 大同 037100）

斷層是煤炭開采時(shí)常見地質(zhì)構(gòu)造類型，受斷層上下兩盤擠壓、挪移等因素影響，在斷層影響范圍內(nèi)往往表現(xiàn)為裂隙發(fā)育、巖體破碎[1-2]。簸箕掌煤礦開采的2#煤層頂板有弱含水層，2203運(yùn)輸巷掘進(jìn)前方存在的DF6-1斷層具有一定導(dǎo)水性，巷道掘進(jìn)至斷層破碎帶時(shí)面臨圍巖控制難度大、透水、冒頂?shù)雀黝悊栴}。以2203運(yùn)輸巷過DF6-1斷層破碎帶為工程實(shí)例，針對斷層導(dǎo)水、破碎等特點(diǎn)，提出采用超前注漿、撞鍥、錨網(wǎng)噴等聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，確保了巷道安全通過斷層破碎帶。

1 概況

2203運(yùn)輸巷沿著2#煤層頂板掘進(jìn)，2#煤為礦井首采煤層，煤層賦存穩(wěn)定，厚度平均3.9 m，f值0.7～1.5。2#煤層基本頂為厚度10.3 m粗砂巖，直接頂為9.5 m厚泥巖、粉砂巖，直接底為厚度5.2 m粉砂巖、泥巖。2203運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)掘進(jìn)長度1505 m，斷面為直墻半圓拱（巷道掘?qū)?、掘高?780 mm、4690 mm），采用綜掘方式掘進(jìn)。

根據(jù)已有地質(zhì)資料顯示，2203運(yùn)輸巷掘進(jìn)期間會(huì)揭露DF6-1斷層，斷層落差12～23 m，走向N52°E，傾向58°，斷層破碎帶寬度達(dá)到10.6 m，具有一定的導(dǎo)水性。斷層破碎帶內(nèi)巖體破碎、粘結(jié)性較差，頂板含水層裂隙水會(huì)通過斷層破碎帶裂隙向巷道掘進(jìn)空間涌出，不僅弱化巷道圍巖、增加圍巖變形量，而且容易引起支護(hù)體系失效。2203運(yùn)輸巷預(yù)計(jì)揭露的DF6-1斷層剖面如圖1。

圖1 2203運(yùn)輸巷預(yù)計(jì)揭露的DF6-1斷層剖面圖（m）

2 巷道掘進(jìn)過破碎帶聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

DF6-1斷層破碎帶巖體具有裂隙發(fā)育、有一定導(dǎo)水性且承載能力較差等特點(diǎn)，提出綜合采用超前注漿、撞鍥方式封堵破碎帶導(dǎo)水裂隙并提高巖體承載能力，使用錨網(wǎng)噴、U型鋼支護(hù)圍巖[3-6]。

2.1 超前注漿

采用超前小導(dǎo)管（Ф40 mm×6000 mm鋼管）、注漿管（Ф20 mm×3000 mm鋼管）進(jìn)行帷幕注漿，布置如圖2。注漿鉆孔采用井下錨桿鉆機(jī)施工，整個(gè)掘進(jìn)迎頭布置49個(gè)鉆孔。1#～31#鉆孔間排距分別為500 mm、1500 mm，注漿孔外插25°并下放Ф20 mm×3000 mm鋼管，通過注漿構(gòu)成止水帷幕，封堵導(dǎo)水裂隙，注漿壓力設(shè)計(jì)為3 MPa；32#～49#鉆孔間排距分別為1000 mm、2500 mm，注漿孔內(nèi)插入Ф40 mm×6000 mm鋼管，用以提高掘進(jìn)前方破碎巖體穩(wěn)定性，注漿壓力設(shè)計(jì)為5 MPa。注漿材料為水泥單液漿。

圖2 超前注漿鉆孔布置示意圖（mm）

2.2 撞鍥超前支護(hù)

在掘進(jìn)迎頭撞鍥超前支護(hù)采用Ф50 mm×1500 mm鋼管，具體布置如圖2（b）。撞鍥間排距分別為300 mm、1000 mm，外插25°，主要布置在巷道拱頂位置。將撞鍥尾部與巷道已經(jīng)布置完成的支架連接為整體，從而提高撞鍥支護(hù)強(qiáng)度。

2.3 永久支護(hù)方案

2203運(yùn)輸巷永久支護(hù)采用錨網(wǎng)噴、U型鋼聯(lián)合方式進(jìn)行支護(hù)。巷道永久支護(hù)斷面如圖3。

圖3 巷道永久支護(hù)斷面示意圖（mm）

巷道全斷面采用Ф20 mm×2500 mm螺紋鋼錨桿支護(hù)，間排距800 mm、500 mm，整個(gè)斷面共計(jì)布置15根錨桿；鋪設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)（采用Ф6.5 mm圓鋼制作），網(wǎng)孔規(guī)格分別為100 mm×100 mm、50 mm×50 mm。

鋼支架為36U型鋼加工，拱頂鋼梁長度為6340 mm，巷幫腿柱長4040 mm，反底拱2節(jié)，單節(jié)長3100 mm。反底拱、腿柱及頂梁間采用M22×210 mm螺栓、卡纜連接，鋼支架與巷道壁間采用原木背實(shí)。

巷道掘進(jìn)完成后立即進(jìn)行初噴，封閉裸露巖層，減低圍巖風(fēng)量程度以及涌水量。36U型鋼架設(shè)完畢后進(jìn)行二次噴漿，通過二次噴漿將錨網(wǎng)、錨桿以及鋼支架連接為一個(gè)相互作用支護(hù)結(jié)構(gòu)體，提高巷道表層巖體支護(hù)強(qiáng)度。巷道頂板及巷幫表層噴射強(qiáng)度C20混凝土，厚度100 mm，底板灌注強(qiáng)度C25混凝土，厚度300 mm。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

2203運(yùn)輸巷在掘進(jìn)過DF6-1斷層破碎帶期間，將巷道循環(huán)掘進(jìn)進(jìn)尺控制在500 mm以內(nèi)，從而降低掘進(jìn)對圍巖擾動(dòng)。采用超前注漿、撞鍥以及錨網(wǎng)噴、U型鋼等聯(lián)合支護(hù)方式后，巷道掘進(jìn)期間涌水量控制在0.6 m3/d，圍巖涌水基本不會(huì)給巷道掘進(jìn)、支護(hù)等帶來大的影響，掘進(jìn)期間未出現(xiàn)頂板冒落、迎頭破碎巖體失穩(wěn)等情況。對掘進(jìn)完成后巷道圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如圖4。在監(jiān)測期間發(fā)現(xiàn)頂板、兩幫最大變形量分別控制在75 mm、54 mm以內(nèi)，未出現(xiàn)底鼓問題?，F(xiàn)場應(yīng)用效果表明，文中所提聯(lián)合支護(hù)措施可滿足巷道掘進(jìn)過斷層破碎帶圍巖控制需要。

圖4 圍巖變形量監(jiān)測結(jié)果

4 結(jié)語

（1）2203運(yùn)輸巷掘進(jìn)揭露的DF6-1斷層破碎帶寬度達(dá)到10.6 m，破碎帶內(nèi)巖體呈現(xiàn)粘結(jié)性差、破碎并具有一定導(dǎo)水性。若不對破碎巖體進(jìn)行處理，支護(hù)采用的錨桿無法有效提高圍巖穩(wěn)定性。為此，提出采用超前注漿，提高圍巖穩(wěn)定性并封堵導(dǎo)水裂隙，為后續(xù)巷道掘進(jìn)安全及錨桿支護(hù)提供良好基礎(chǔ)。

（2）在掘進(jìn)時(shí)采用撞鍥對頂板破碎巖體進(jìn)行支護(hù)，避免出現(xiàn)頂板冒落問題；錨網(wǎng)噴、U型鋼支護(hù)可充分發(fā)揮主動(dòng)支護(hù)、被動(dòng)支護(hù)優(yōu)勢，提高巷道表層支護(hù)強(qiáng)度，降低圍巖變形量，避免后續(xù)出現(xiàn)較大變形?，F(xiàn)場應(yīng)用后，2203運(yùn)輸巷掘進(jìn)過DF6-1斷層破碎帶期間頂板涌出控制在0.6 m3/d，涌出基本不會(huì)給巷道掘進(jìn)、圍巖控制帶來影響；頂板、兩幫最大變形量分別控制在75 mm、54 mm以內(nèi)，圍巖變形量基本不會(huì)影響巷道后續(xù)使用。