閆應(yīng)勛

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)同發(fā)東周窯煤業(yè)有限公司，山西 大同 037103）

地質(zhì)斷層會嚴(yán)重影響煤礦開采活動[1-2]。準(zhǔn)確分析斷層構(gòu)造對礦區(qū)布置和巷道支護(hù)設(shè)計具有重要意義。大多數(shù)用于礦山地面控制應(yīng)用的理論是基于均勻和連續(xù)的介質(zhì)，沒有考慮到地層中的不連續(xù)面，如節(jié)理、裂隙和斷層。然而，由于開采活動，巖層中存在的節(jié)理、裂隙和斷層的活化不可避免地破壞了頂板巖層的穩(wěn)定性[3-5]。

關(guān)于斷層構(gòu)造對巷道圍巖影響的研究較少，大多沒有深入分析斷層構(gòu)造的影響[6-7]。本次研究旨在彌補(bǔ)上述不足。以東周窯煤礦5104巷道穿越斷層帶為例，研究了穿越斷層構(gòu)造帶的巷道變形破壞機(jī)理，分析了斷層結(jié)構(gòu)對掘進(jìn)工作面推進(jìn)應(yīng)力的影響、巷道開挖后圍巖應(yīng)力狀態(tài)以及斷層對圍巖應(yīng)力的影響范圍，比較了斷層構(gòu)造帶巷道和正常構(gòu)造帶巷道的應(yīng)力，提出巷道支護(hù)技術(shù)和方案。

1 工程概況

東周窯煤礦5104巷道開口處位于山4#層南輔運(yùn)大巷里程4425 m處，工作面位于二疊系下統(tǒng)山西組4#層一盤區(qū)。4#煤層含夾矸1～5層，最大為0.85 m，最小為0.15 m，平均厚度0.43 m，巖性多為黑色泥巖、灰色砂質(zhì)泥巖。煤層總厚6.52～7.56 m，平均7.04 m，純厚4.10～7.06 m，平均5.58 m，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層傾角0.5°～5.5°，平均1.6°。

在5104巷掘進(jìn)至13 m處將揭露煤層落下正斷層5104，構(gòu)造情況見表1，煤層頂?shù)装迩闆r見表2。

表1 構(gòu)造情況表

表2 煤層頂?shù)装迩闆r表

2 影響巷道變形的因素

巷道深度、圍巖性質(zhì)和強(qiáng)度等因素對圍巖的變形破壞均有影響。5104巷道埋深900 m，巷道周圍巖石的垂直應(yīng)力約為22.5 MPa。巷道圍巖的強(qiáng)度普遍較弱，巷道頂?shù)装宥嘁娔鄮r，一旦泥巖石吸水，其強(qiáng)度顯著降低，巷道開挖后將持續(xù)緩慢變形。

斷層構(gòu)造也影響巷道圍巖的應(yīng)力狀態(tài)。首先，斷層結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致圍巖某些區(qū)域的水平應(yīng)力高度集中。其次，在斷層形成中，斷層周圍的淺層巖石破碎嚴(yán)重，在巷道的許多區(qū)域可以發(fā)現(xiàn)帶有巖屑的凹陷網(wǎng)孔。對于軟弱圍巖的巷道，斷層結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致巷道淺層巖石的破壞，并引起巷道周圍巖石應(yīng)力狀態(tài)的變化。

在錨桿錨固區(qū)外、錨索錨固區(qū)內(nèi)的裂隙中，水平裂隙一般發(fā)育為離層裂隙，而水平裂隙和縱向裂隙均可成為裂隙帶并向深部擴(kuò)展。在這個過程中，產(chǎn)生了許多新的裂縫，其中大多數(shù)是水平裂縫。表層裂縫數(shù)量、裂縫發(fā)育程度和新生裂縫數(shù)量均高于中部，深部裂縫數(shù)量最少。

3 巷道控制技術(shù)

頂部錨桿500#/Φ22 mm×2400 mm左旋無縱肋螺紋鋼錨桿，排間距為1000 mm×920 mm，W鋼帶W235-280×4900-4.0，排距為1000 mm。幫部錨桿500#/Φ22 mm×2400 mm左旋無縱肋螺紋鋼錨桿，排間距為1000 mm×900 mm。錨桿托板150 mm×150 mm×10 mm，鋼護(hù)板采用W235-280×450-4 mm。頂 板 錨 索SKP21.8-19/1860，L=7300 mm布置方式為“三二三”布置，排間距為2000 mm×1380 mm。錨索托盤300 mm×300 mm×14 mm。頂部為Φ6 mm焊接的鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格為100 mm×100 mm，搭接不小于200 mm。幫部菱形網(wǎng)采用8#鉛絲網(wǎng)，網(wǎng)格50 mm×50 mm，菱形網(wǎng)搭接不小于100 mm。5104巷底板鋪底厚度為200 mm，鋪底砼強(qiáng)度C25，每立方米混凝土材料用量：水泥:水:粗砂:碎石= 372:175:593:1260；重量配合比：水泥:水:粗砂:碎石=1:0.47:1.59:3.39，水灰比值為0.47。按照設(shè)計預(yù)留300 mm寬卸壓槽，并用碎石子進(jìn)行填充。巷道支護(hù)方案如圖1。

圖1 巷道支護(hù)方案（mm）

4 巷道支護(hù)效果

巷道圍巖控制的實質(zhì)是控制巷道的變形量，保證礦山正常安全生產(chǎn)有足夠的空間。因此，選擇巷道圍巖變形量作為評價控制效果的主要指標(biāo)。5104巷開挖后15～18 d，頂?shù)装謇塾嬍諗苛考s為30 mm，頂板沉降量累計為20～25 mm，兩幫變形量累計為95～105 mm。從圖2可以看出，5104巷道在開挖后4～6 d出現(xiàn)了頂板離層。在頂板內(nèi)7.5 m處，離層量為39 mm，在頂板內(nèi)2.4 m處，離層量為20 mm。如圖3。

圖2 巷道位移量

圖3 巷道離層量

5 結(jié)論

本文研究了斷層構(gòu)造帶內(nèi)巷道圍巖的特征，分析了影響巷道變形破壞的因素。將圍巖強(qiáng)度較低且受斷層結(jié)構(gòu)影響較大的巷道定義為應(yīng)力擾動敏感巷道，提出了有效的錨桿預(yù)緊設(shè)計支護(hù)方案，確定了斷層構(gòu)造區(qū)內(nèi)巷道的支護(hù)系統(tǒng)參數(shù)。巷道圍巖控制的實質(zhì)是控制巷道的變形量，保證礦山正常安全生產(chǎn)有足夠的開挖剖面。