廉強(qiáng)

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)高山煤業(yè)有限公司，山西 大同 037001）

巷道掘進(jìn)遇斷層時(shí)，煤體以及頂?shù)装鍘r體裂隙發(fā)育、強(qiáng)度降低，特別是掘進(jìn)過(guò)斷層破碎帶時(shí)容易出現(xiàn)冒頂、片幫或者底鼓等情況，給巷道掘進(jìn)安全以及圍巖控制等帶來(lái)一定制約[1-2]。國(guó)內(nèi)外眾多研究學(xué)者對(duì)巷道掘進(jìn)過(guò)斷層技術(shù)以及圍巖控制技術(shù)等展開(kāi)研究，并提出超前注漿、超前錨索、工字鋼架棚等多種圍巖控制技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用成果顯著[3-4]。由于不同礦井間工作人員專業(yè)水平、巷道地質(zhì)條件等均存在明顯差異，若直接照搬其他礦井過(guò)斷層破碎帶圍巖控制技術(shù)，往往難以達(dá)到預(yù)期效果[5-8]。高山礦一采區(qū)回風(fēng)大巷掘進(jìn)期間會(huì)揭露多條斷層，面臨的主要難題為圍巖淋水、破碎等，巷道圍巖控制難度高甚至可能出現(xiàn)冒頂事故。為此，在分析該回風(fēng)大巷過(guò)斷層破碎帶區(qū)域地質(zhì)條件及巷道圍巖等情況的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了高山礦一采區(qū)回風(fēng)大巷斷層帶支護(hù)方案，并在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施中取得了良好效果。

1 工程概況

一采區(qū)回風(fēng)大巷沿9#煤層頂板掘進(jìn)，兩幫均為實(shí)體煤，如圖1所示。9#煤厚1.9 m、煤層傾角7°，賦存穩(wěn)定，頂?shù)装逡曰規(guī)r、細(xì)砂巖以及泥巖等為主，如表1所示。采用掘進(jìn)機(jī)（EBZ-200A）掘進(jìn)，用FBD-NO6.3的局部通風(fēng)機(jī)（功率2×30 kW）供風(fēng)。

圖1 一采區(qū)回風(fēng)大巷位置

表1 9#煤層頂?shù)装鍘r性

設(shè)計(jì)斷面直墻半圓拱形（凈寬5.6 m、凈高4.3 m），采用錨網(wǎng)索支護(hù)方式，如圖2所示。根據(jù)已有地質(zhì)資料判定一采區(qū)回風(fēng)大巷在掘進(jìn)至720～890 m區(qū)間內(nèi)會(huì)揭露5～12條斷層，斷層落差一般在1.5～3 m。受斷層影響，巷道可能出現(xiàn)頂幫破碎、淋水現(xiàn)象，對(duì)巷道的掘進(jìn)影響較大。安全快速掘進(jìn)通過(guò)斷層影響區(qū)，是實(shí)現(xiàn)一采區(qū)回風(fēng)大巷高效掘進(jìn)的關(guān)鍵。

圖2 巷道支護(hù)斷面

2 巷道過(guò)斷層技術(shù)

2.1 巷道快速掘進(jìn)技術(shù)

一采區(qū)回風(fēng)大巷掘進(jìn)揭露的斷層落差一般在3 m以內(nèi)，采用EBZ-200A綜掘機(jī)掘進(jìn)時(shí)可快速推進(jìn)。在掘進(jìn)揭露整斷層時(shí)，可通過(guò)下盤挑頂、上盤臥底方式掘進(jìn)，在斷層上下盤交匯處通過(guò)補(bǔ)打錨索、加密錨桿索等方式牽掛支護(hù)。具體綜掘機(jī)過(guò)斷層如圖3所示。在過(guò)斷層期間，應(yīng)盡量避免綜掘機(jī)全部處于巖層中，在破底或者破頂后，應(yīng)盡快掘進(jìn)至另一盤全煤位置處。由于過(guò)斷層期間需要截割巖層，因此綜掘機(jī)可更換采用小直徑截割頭并對(duì)截割頭外層增加耐磨處理。當(dāng)掘進(jìn)遇到大塊矸石時(shí)，可輔助采用松動(dòng)爆破方式破巖，增加巖體裂隙并降低綜掘機(jī)截割頭破巖難度，縮小巷道掘進(jìn)過(guò)斷層時(shí)間。在綜掘機(jī)噴霧用水系統(tǒng)中添加一定量除塵添加劑，并與水混合均勻后通過(guò)噴嘴噴出進(jìn)行降塵，以便改善掘進(jìn)過(guò)斷層期間迎頭環(huán)境質(zhì)量。

圖3 巷道過(guò)斷層

2.2 過(guò)斷層圍巖支護(hù)技術(shù)

一采區(qū)回風(fēng)大巷圍巖變化情況，對(duì)支護(hù)方式進(jìn)行調(diào)整。

（1）過(guò)破碎區(qū)域減少錨桿（索）間排距，錨桿間排距由900 mm×900 mm變更為900 mm×800 mm，錨索間排距由1 800 mm×1 800 mm變更為1 800 mm×1 600 mm，頂板鋪設(shè)雙層金屬網(wǎng)（?6-100×100 mm鋼筋網(wǎng)和50 mm×50 mm網(wǎng)格菱形金屬網(wǎng)），W鋼帶規(guī)格4 500 mm×250 mm×3 mm。在頂板凹凸不平錨桿失效位置使用?17.8 mm×4 500 mm錨索替代頂錨桿進(jìn)行支護(hù)，配套異形托盤250 mm×150 mm×12 mm，W鋼護(hù)板規(guī)格450 mm×250 mm×3 mm，錨索錨固力不得低于285 kN，預(yù)緊力不低于180 kN。

（2）當(dāng)縮短間排距、錨索替代錨桿還不能有效維護(hù)住頂板時(shí)，施工錨桿超前支護(hù)，使用?20 mm×2 200 mm錨桿，間距300 mm，排距1 600 mm，錨桿搭接800 mm。

（3）增加三眼組合錨索，組合錨索間排距為2 000 mm×1 600 mm，二二布置，組合錨索采用?17.8 mm×7 300 mm配 套600 mm×600 mm×16 mm錨索托盤；錨固劑為一支MSK2360型加兩支MSZ2360型，錨固長(zhǎng)度控制在1 800 mm；錨固后施加到錨索上預(yù)緊力控制180 kN以上。具體組合錨索布置如圖4所示。

圖4 組合錨索布置

（4）在幫部超高、頂部超寬達(dá)到500 mm的區(qū)域補(bǔ)打錨桿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，錨桿規(guī)格為?20 mm×2 200 mm，配合W鋼護(hù)板規(guī)格450 mm×250 mm×3 mm和150 mm×150 mm×10 mm托盤進(jìn)行支護(hù)。

（5）過(guò)斷層時(shí)，頂幫支護(hù)完成后，要及時(shí)噴漿封閉揭露的破碎面，噴漿必須緊跟工作面；嚴(yán)格執(zhí)行“一掘一支”，頂板往下第一根幫錨桿支護(hù)緊跟工作面。

（6）過(guò)斷層時(shí)，如采取以上措施頂板效果未達(dá)到預(yù)想效果，采取鉆機(jī)打眼預(yù)注馬麗散加固頂板措施，對(duì)頂板進(jìn)行黏接，提高圍巖的自身強(qiáng)度和穩(wěn)定性。注化學(xué)黏接材料實(shí)現(xiàn)頂板加固，單循環(huán)不少于3個(gè)注漿孔，在迎頭上頂板下方1 m處開(kāi)孔，仰角45°，孔深5 m，前端放置2個(gè)注射花管，注漿鉆孔布置如圖5所示；注漿后配合噴漿、錨索網(wǎng)、組合錨索、架棚等加強(qiáng)支護(hù)。

圖5 注漿鉆孔布置

3 斷層帶巷道圍巖控制效果

巷道圍巖表層位移是衡量支護(hù)效果最為直觀的指標(biāo)，在一采區(qū)回風(fēng)大巷掘進(jìn)過(guò)斷層后，對(duì)頂板位移量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在斷層影響區(qū)（巷道掘進(jìn)720～890 m范圍內(nèi)）內(nèi)布置測(cè)站，為全面考察圍巖支護(hù)效果，共計(jì)布置4個(gè)測(cè)站，1#測(cè)站位于巷道掘進(jìn)650 m位置（即處于過(guò)斷層前區(qū)域）、2#及3#測(cè)站分別位于巷道掘進(jìn)750 m、850 m位置（即2個(gè)測(cè)站均位于斷層影響區(qū)）、4#測(cè)站位于掘進(jìn)950 m位置（即處于過(guò)斷層后區(qū)域），測(cè)站隨著巷道掘進(jìn)依次布置，布置點(diǎn)與掘進(jìn)迎頭間距控制在3～5 m，如圖1所示。監(jiān)測(cè)期間各測(cè)站圍巖變形量最大值如表2所示，頂板移近速度變化曲線如圖6所示。

表2 頂板變形監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖6 頂板移近速度變化曲線

1）在一采區(qū)回風(fēng)大巷掘進(jìn)過(guò)斷層時(shí)，測(cè)站頂板下沉量由29.1 mm（1#測(cè)站）增至36.7 mm（2#測(cè)站）、56.2 mm（3#測(cè)站），當(dāng)巷道掘進(jìn)通過(guò)斷層滯后頂板下沉量降至31.2 mm（4#測(cè)站），通過(guò)頂板位移量監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，斷層影響范圍內(nèi)對(duì)頂板位移量會(huì)明顯增大。

2）在斷層影響范圍內(nèi)的2#及3#測(cè)站位移變化速度及位移量明顯大于遠(yuǎn)離斷層的1#及4#測(cè)站，3#測(cè)站頂板移近量、最大變形速度以及平均變形速度等均最大，表明斷層影響范圍內(nèi)圍巖較為破碎，圍巖變形較為明顯；從過(guò)斷層后頂板位移變形曲線看出，隨著巷道過(guò)斷層時(shí)間增加，頂板下沉量逐漸趨于穩(wěn)定。在過(guò)斷層期間采用的圍巖支護(hù)措施可實(shí)現(xiàn)破碎帶圍巖有效控制，滿足巷道后續(xù)使用需要。

4 結(jié)語(yǔ)

以高山礦一采區(qū)回風(fēng)大巷過(guò)斷層組破碎帶為例，對(duì)綜掘巷道快速過(guò)斷層技術(shù)進(jìn)行分析，并確定通過(guò)“錨、網(wǎng)、索、噴、注”的方式對(duì)斷層破碎帶區(qū)域巷道圍巖進(jìn)行控制。在過(guò)斷層影響區(qū)時(shí)巷道支護(hù)時(shí)增加錨桿（索）支護(hù)密度以及支護(hù)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)破碎圍巖有效控制；采用三眼組合錨索進(jìn)一步增強(qiáng)頂板支護(hù)強(qiáng)度，避免出現(xiàn)下沉量過(guò)大問(wèn)題。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，對(duì)一采區(qū)回風(fēng)大巷斷層影響區(qū)域內(nèi)巷道圍巖變形量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在斷層影響區(qū)域內(nèi)巷道頂板位移量以及移動(dòng)速度等均有所增加，頂板位移量最大為56.2 mm，變形量整體較小，不會(huì)給巷道使用帶來(lái)影響。