錨注復合支護技術在巷道施工過大斷層的應用

梁和平

（開灤（集團）有限責任公司，河北省唐山市，063000）

錨注復合支護技術在巷道施工過大斷層的應用

梁和平

（開灤（集團）有限責任公司，河北省唐山市，063000）

針對巷道掘進過斷層需要加強圍巖控制的問題，介紹了在開灤東歡坨礦－230 m水平北翼二石門掘輔助回風巷過復雜大斷層時采用的注漿補強、強韌封層、構建均質(zhì)同性的支護技術體系。

過大斷層 巷道支護 錨注支護 注漿 反底拱

東歡坨礦業(yè)公司為實現(xiàn)安全快速施工，在－230 m水平北翼二石門做一條輔助回風巷道，從回風石門中部為起點掘進，穿越大斷層。通過科學的組織設計和精心施工，獲得成功。

1 地質(zhì)概述

東歡坨礦井田為第四系沉積覆蓋的含煤盆地，煤系地層基底為中奧陶統(tǒng)的馬家溝組巨厚石灰?guī)r，上覆第四系沖積層，基巖面控制程度高，該區(qū)域沖積層厚度為158.8 m。

該區(qū)域經(jīng)三維地震勘探，確定F2斷層為一傾向正斷層，傾角62～72°，落差為30～35 m，延伸長度達690 m的大斷層，斷層穿過的層位有5＃煤層、8＃煤層和14－1＃煤層，局部切到奧灰頂界面。

該區(qū)域直接充水水源為煤系砂巖含水層，主要有5＃煤層頂板砂巖裂隙承壓含水層、12＃煤層和14＃煤層砂巖裂隙承壓含水層，隨采掘工程揭露造成礦井充水；礦井間接充水水源為第四系沖積層孔隙承壓含水層、奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層，它們是煤系直接充水含水層的間接補給水源。－230 m回風巷道基巖面標高－137 m，巷道頂板距基巖面85 m，正常情況下不受沖積層含水層影響。

2 錨注過斷層技術措施

過斷層段巷道斷面為半圓拱形，墻高1.5 m，底部為三心拱形斷面，斷面凈寬5000 mm、凈高4000 mm；掘進荒斷面寬5600 mm、高4300 mm。在過斷層施工過程中全部采用風鎬掘進，減小了對斷層破碎帶的震動破壞。斷面掘進時采用由點到線，由線到面，由局部斷面到整個斷面的掘進工藝。為方便施工和更好地固底，施工中采用臺階式施工方法，按巷道斷面分為上、下兩個臺階，先施工上部，后施工底板的反底拱部分，臺階步距為1400 mm。

2.1 超前探孔

由于是掘新巷道過斷層，為防止突水，巷道掘進前，在巷道斷面的上、中、下部打3～5個3 m深的超前探孔，進行探水工作。

2.2 過斷層前注漿補強

掘新巷道前，在主回風巷和即將開工的輔助回風巷道斷層前后30 m處，提前注漿補強。補強支護采用復注，每2 m打7個復注孔，其中，底角有2個，這樣就可以隨時注漿補強，有效地控制巷道圍巖變形。注漿補強采用?22 mm×2000 mm注漿錨桿，間排距為1200 mm×1200 mm。底板注漿與巷道注漿同時進行。錨桿外露50～100 mm，每根注漿錨桿用3卷水泥藥卷，遇松動圈較大的地段時，適當加長注漿孔的內(nèi)部裸孔長度。底角注漿錨桿與底板成30°夾角。

注漿采用525＃水泥，水灰比0.7～1∶1，注漿壓力為1.5～2.5 MPa，底角注漿壓力不大于3 MPa，每孔水泥用量約3～5袋。速凝劑的摻入量為水泥用量的5%。

2.3 斷層段支護措施

過斷層段支護采用的是蜂窩高強密集超前注漿錨桿強韌封層支護體系。其實質(zhì)是通過超前布置雙層不同角度的超前注漿錨桿，對巷道圍巖進行超前注漿封堵，再通過4個噴層形成強韌封層（中間布置兩層鋼絲繩形成強韌封層，布置3層高強密集錨桿），提高圍巖自身各項強度指標，形成主動、動態(tài)、立體多層次的綜合支護體系。

2.3.1 超前注漿方法

圖1 斷層段巷道注漿錨桿布置斷面圖

超前注漿孔沿巷道軸線方向對角布置。用兩組注漿錨桿進行超前注漿，一組采用?25 mm×2600 mm注漿錨桿，角度為15°；另一組采用?25 mm×2800 mm注漿錨桿，角度為45°；超前注漿錨桿間距500 mm。這樣可以堵住斷層中的裂隙并膠結固化煤幫與頂板，提高圍巖的強度和整體性，超前注漿錨桿的封口在300 mm以上，斷層段超前注漿錨桿布置見圖1和圖2。

圖2 斷層段超前注漿錨桿布置剖面圖

每個施工循環(huán)進度定為700 mm，超前注漿錨桿為1400 mm一排，即為兩個循環(huán)打一排超前注漿錨桿。另外每個循環(huán)打3～5個長3000 mm的超前孔，既作為探水孔，又作為超前注漿孔。

2.3.2 強韌封層參數(shù)

支護過程進行強韌封層，強韌封層施工為4個噴層，總厚度是300 mm。

（1）初噴層施工。按設計打好第一層次錨桿，錨桿采用?24 mm×2400 mm等強錨桿，錨桿進行全長錨固，采用4～6個樹脂藥卷，第一層次打兩排錨桿，錨桿間排距為700 mm×700 mm，掛好鋼絲繩，鋼絲繩繃緊并緊貼巷道頂部層面，鋼絲繩間距350 mm×350 mm，然后進行一次噴漿，此為初噴層，厚度為100 mm。

（2）二噴層施工。在第一次噴層基礎上，打第二層次錨桿、掛鋼絲繩、噴漿。每個循環(huán)700 mm，必須進行2個噴層后，中間打一個層次錨桿和掛繩，錨桿間排距為700 mm×700 mm，鋼絲繩間距350 mm×350 mm。此噴層為二噴層，厚度為80 mm。

（3）三噴層施工。二噴層之后繼續(xù)在此基礎上，打第三層次的錨桿，然后掛鋼絲繩，再鋪鋼筋網(wǎng)。錨桿間排距為700 mm×700 mm，鋼絲繩間距350 mm×350 mm，鋼筋網(wǎng)網(wǎng)格為120 mm×120 mm。此為三噴層，厚度為60 mm。

以上各工序構成了一個循環(huán)，以后每個循環(huán)都按照同樣的方法進行施工，直至穿過F2斷層帶。

（4）四噴層施工。即過完斷層之后進行的永久支護。在前三次噴層的基礎上打第四層次的注漿錨桿，加掛鋼筋方格網(wǎng)、注漿，進行第四次噴漿。此即為四噴層，厚度為60 mm。

在巷道過斷層中及施工結束后半個月，要對其進行灑水養(yǎng)護。

2.4 巷道支護過斷層時注意事項

（1）第一次注漿是在巷道每支護5～6 m時進行一次，在整個斷層施工結束后進行二次注漿。

（2）底角錨桿和底板錨桿的錨頭均低于底板100 mm，因斷層帶圍巖軟弱，底板打眼極其困難，底板錨桿的注漿錨桿長度在1600 mm左右。

（3）反底拱的凈拱高600 mm，毛高900 mm。分兩個層次施工，一是掘出斷面后，打超前注漿孔注漿；二是先初噴100 mm混凝土，再打錨桿掛繩、鋪網(wǎng)，再噴200 mm混凝土。

（4）鋼絲繩吊掛縱向長度不少于8 m，橫向以巷道輪廓長度為準。鋼絲繩搭接長度500 mm，并且交插搭接。

（5）在注漿壓力達到1.5 MPa的情況下，由于斷層中巖石裂隙寬度大于0.1 mm，要適當加長注漿孔的裸孔長度（加大注漿孔的深度，注漿錨桿長度不變），注漿擴散半徑達2.5 m以上，因而，封閉圈達到3.5～5 m。

（6）卸壓采取人工卸壓法，本巷道卸壓槽的挖掘是人工挖掘。卸壓槽尺寸為凈寬600 mm、凈高400 mm。卸壓槽開挖在初噴、錨桿、掛繩及一層次支護完成3 d后進行。

3 支護效果監(jiān)測

用兩個月的時間過完斷層后，繼續(xù)對圍巖變形進行礦壓監(jiān)測監(jiān)控，對已成型巷道采取十字布點法進行了90 d監(jiān)測。總共設置了5個觀測點，測點間距為10 m，觀測巷道兩幫移近量和頂板下沉量。經(jīng)60 d巷道兩幫變形量達到22 mm，以后無變化，變形逐漸趨于穩(wěn)定；經(jīng)50 d頂?shù)装逡平窟_到10 mm，以后無變化，變形趨于穩(wěn)定。

4 結論

通過采取了斷層外提前支護，斷層區(qū)域高強錨桿、注漿、反底拱和強韌封層措施相結合的聯(lián)合支護技術，實現(xiàn)了巷道的整體加固，提高了圍巖強度和穩(wěn)定性，不僅使得巷道在復雜大斷層段實現(xiàn)了安全掘進，同時為巷道服務期的安全提供了保障。

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Application of bolt－grouting support technology in tunneling going through large fault

Liang Heping
（Kailuan Group Co.，Ltd.，Tangshan，Hebei 063000，China）

Aiming at the problem of strengthening the surrounding rock control in the tunneling going through the fault，the paper introduces the supporting technology system with grouting reinforcement，toughened sealing，isotropic construction which was adopted in the auxiliary tailentry tunneling through the complex large fault in No.2 crosscut of north wing of－230 level in Donghuantuo Coal Mine of Kailuan Group.

going through large fault，roadway support，bolt－grouting support，grouting，inverted arch

TD353

A

梁和平（1954－），男，河北唐山豐潤區(qū)人，現(xiàn)任開灤集團技術部副主任，采煤高級工程師，長期從事采煤技術管理工作。

（責任編輯 張毅玲）