王 普
(山西三元煤業(yè)股份有限公司,山西 長(zhǎng)治 046000)
由于地質(zhì)構(gòu)造作用,礦井井田范圍內(nèi)往往伴隨著斷層的分布,斷層走向、傾向、傾角和落差各異。斷層分布不規(guī)律的特點(diǎn),會(huì)對(duì)煤礦井下安全高效生產(chǎn)帶來(lái)極大影響,制約著回采和掘進(jìn)工作面的推進(jìn)[1-7]。本文針對(duì)三元煤業(yè)4326 回風(fēng)順槽揭露斷層破碎帶的實(shí)際情況,研究了4326 回風(fēng)順槽過(guò)斷層破碎帶的支護(hù)技術(shù)及其應(yīng)用效果。
三元煤業(yè)4326工作面主采3#煤層,位于四采區(qū),工作面標(biāo)高+485~+574 m,工作面東部、南部、西部均為實(shí)體煤,北部為四采區(qū)準(zhǔn)備巷道。3#煤層平均厚度7.2 m,煤層傾角為1°~10°。煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖,厚度約為3.83 m,半堅(jiān)硬,斷口平坦?fàn)?;基本頂為中粒砂巖,厚度為6.1 m,泥質(zhì)充填,層理較為發(fā)育,斷口參差狀;直接底為細(xì)粒砂巖,厚度約為3.21 m,泥質(zhì)充填,斷口參差狀;基本底為粉砂巖,半堅(jiān)硬,斷口平坦?fàn)?。煤層頂?shù)装邈@孔柱狀如圖1。
圖1 3#煤層頂?shù)足@孔柱狀圖
4326 回風(fēng)順槽為4326 綜采工作面回采巷道,設(shè)計(jì)斷面形狀為矩形,掘進(jìn)斷面寬5200 mm,凈斷面寬5000 mm,掘進(jìn)斷面高4200 mm,凈斷面高4000 mm,掘進(jìn)斷面面積21.8 m2,凈斷面面積19.5 m2。采用錨網(wǎng)(索)+鋼筋托梁聯(lián)合支護(hù)方式。根據(jù)《四采區(qū)三維地震勘探報(bào)告》資料分析可知,4326 回風(fēng)順槽工作面地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度為中等,煤層節(jié)理、裂隙發(fā)育。4326 回風(fēng)順槽在掘進(jìn)過(guò)程中會(huì)遇到兩條斷層,分別為DF1 正斷層(至開(kāi)口734 m)與F26 逆斷層(至開(kāi)口166 m)。其中DF1 正斷層走向與順槽掘進(jìn)方向基本保持一致,順槽掘進(jìn)期間煤層節(jié)理裂隙發(fā)育,煤層及頂?shù)装逡灼扑?;F26 逆斷層走向N15°W,傾向S75°,傾角50°,落差3 m。在順槽掘進(jìn)至距斷層破碎帶約30 m 的位置,巷道圍巖變得破碎,在原設(shè)計(jì)支護(hù)方案的支護(hù)下,巷道變形量大,通過(guò)單日每班用手持測(cè)距儀測(cè)量可知,單日巷道頂?shù)装逡平靠蛇_(dá)83 mm,兩幫伴隨著片幫現(xiàn)象。
巷道頂板采用規(guī)格為Ф22 mm×2400 mm 高強(qiáng)度左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋,間距為1150 mm,排距為1200 mm,頂板中部的三根錨桿垂直頂板布置,兩端的兩根錨桿向外傾斜15°。頂板錨索材料為Ф18.9 mm、1×7 股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線,長(zhǎng)度為8300 mm,間距2300 mm,排距1200 mm,兩根錨索均垂直于頂板布置。巷道兩幫采用規(guī)格為Ф22 mm×2000 mm 左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋,兩幫每排10 套,間距900 mm,排距1200 mm。兩幫第一根錨桿距頂板300 mm,水平方向上斜15°布置,第二、三、四根水平布置,第五根錨桿水平方向下斜15°布置,距離底板300 mm。
此外,巷道布置有10#鐵絲制成的網(wǎng)孔規(guī)格為50 mm×50 mm 的金屬網(wǎng),巷道頂板金屬網(wǎng)尺寸5800 mm×1300 mm,巷道兩幫金屬網(wǎng)尺寸3500 mm×1300 mm,網(wǎng)與網(wǎng)長(zhǎng)邊搭接100 mm,短邊搭接200 mm。巷道設(shè)計(jì)支護(hù)方案如圖2。
圖2 順槽設(shè)計(jì)支護(hù)方案(mm)
在順槽過(guò)斷層破碎帶期間,巷道支護(hù)方案有所改變。在頂板支護(hù)方面,順槽在揭露斷層前5 m時(shí),改變頂板錨桿與錨索的排距,由原先的1200 mm 縮小至800 mm,錨桿間距不變;在原先每排頂錨桿之間補(bǔ)打1 根Φ18.9 mm×4300 mm 錨索,共計(jì)補(bǔ)打4 根,補(bǔ)打錨索間距1150 mm;錨索由原先每排2 根Φ18.9 mm×8300 mm 錨索替換為每排4根Φ18.9 mm×10 300 mm 錨索,錨索間距為1150 mm。順槽兩幫錨桿支護(hù)參數(shù)不變,如果兩幫存在失效錨桿,則在原有錨桿上下200 mm 范圍補(bǔ)打“W”鋼帶配合錨桿支護(hù)。巷道支護(hù)方案如圖3。
圖3 過(guò)斷層破碎帶支護(hù)方案(mm)
在4326 回風(fēng)順槽掘進(jìn)過(guò)斷層破碎帶后,對(duì)順槽頂?shù)装逡平考皟蓭鸵平窟M(jìn)行觀測(cè),觀測(cè)結(jié)果如圖4。如圖4 所示,4326 回風(fēng)順槽圍巖變形量隨著觀測(cè)時(shí)間的增加而增大,但在35 d 后,圍巖變形穩(wěn)定,最終4326 回風(fēng)順槽頂?shù)装逡平考s120 mm,兩幫移近量約150 mm。表明通過(guò)增加4326 回風(fēng)順槽過(guò)斷層破碎帶巷道圍巖的支護(hù)密度,能夠滿足巷道圍巖的變形要求,順槽可以安全掘進(jìn)并使用。
圖4 4326 回風(fēng)順槽變形實(shí)測(cè)結(jié)果
依據(jù)4326 回風(fēng)順槽與DF26 逆斷層的實(shí)際情況,提出了順槽掘進(jìn)過(guò)斷層破碎帶的加強(qiáng)支護(hù)方案,并在現(xiàn)場(chǎng)成功應(yīng)用。主要取得以下結(jié)論:
(1)提出過(guò)斷層破碎帶巷道支護(hù)方案,即在錨桿一排補(bǔ)打4 根長(zhǎng)度為4300 mm 的錨索,錨索由2 根增加至4 根,錨桿索排距由1000 mm 減小至900 mm。
(2)通過(guò)提高過(guò)斷層破碎帶順槽的支護(hù)密度,4326 回風(fēng)順槽頂板移近量與巷幫移近量最終維持在120 mm 和150 mm,順槽維護(hù)效果良好。