巖巷過斷層破碎帶聯(lián)合支護技術的應用

彭 榮，彭斌武

（湖南黑金時代長沙礦業(yè)公司 西峰侖煤礦，湖南 長沙 410609）

西峰侖煤礦深部開拓時經(jīng)常遇到具有流變性和膨脹性的斷層破碎帶的巖體。在這些巖體中，井巷的地壓顯現(xiàn)往往十分劇烈，表現(xiàn)為從井巷各個方向發(fā)生嚴重的擠出性變形，產(chǎn)生巨大的位移壓力，導致井巷的失穩(wěn)破壞。由于礦山井巷受到地質賦存條件和開采條件的制約，通過現(xiàn)場分析，采用砌碹+拱形支架+底板搗制+壁后注漿聯(lián)合支護，解決了巖巷過斷層破碎帶的支護難題。

1 工程概況及地質條件

西峰侖煤礦位于湖南省寧鄉(xiāng)縣煤炭壩鎮(zhèn)，核定生產(chǎn)能力為190kt／a，可采煤層為2煤，煤層底板為茅口灰?guī)r，全層厚度大于300m，巖石堅固性系數(shù)為8～10。西峰侖煤礦-380m 水平東大巷設計斷面為1／3三心拱，凈斷面為2500mm×2500 mm，巷道沿100°方向掘進過程中遇到F549正斷層，其產(chǎn)狀329°∠35°，落差10m 左右，該斷層具有導水性，在地下水作用下，圍巖巖溶比較發(fā)育，為確保施工安全，采用砌碹支護，2011年10月，巷道發(fā)生嚴重變形，兩幫外擠，墻體開裂，需進行返修。巷道頂?shù)装鍘r性情況見圖1。

2 -380m 水平東大巷巷道變形原因分析

根據(jù)-380m 水平東大巷揭露的圍巖情況、地質條件和巷道變形情況，巷道的變形是由多種原因造成的。

圖1 -380 m 水平東大巷頂?shù)装鍘r性特征

1）圍巖自身因素。-380 m 水平東大巷F549正斷層的斷層破碎帶以砂質泥巖為主，含泥質結核及粘土礦物，結構性差，具有顯著的膨脹特性，遇水膨脹是引起巷道變形的重要物理因素〔1〕。

2）水的影響。-380m 水平東大巷涌水量達30 m3／h，水對巷道變形的影響表現(xiàn)在將泥巖軟化，粘土礦物膨脹變形，使圍巖內產(chǎn)生膨脹應力，加快加劇了巷道的變形和破壞。

3）斷層影響。F549正斷層在形成時產(chǎn)生的地質構造破壞帶，沿其走向存在一條巖層破壞帶，破壞帶內物質之間的黏聚力、摩擦力變小，承載能力差，易冒落〔2〕。F549正斷層破碎物組成的斷層帶見圖2。

圖2 F549 正斷層破碎物組成的斷層帶示意

4）支護形式。巷道原支護方案為砌碹支護，由于碹體與巷壁之間存在一定的空間（未充填），碹體支護與圍巖應力不能平衡，造成應力集中，砌碹質量差，使支護整體受力不均，無法有效地控制巷道變形。

5）巷道掘進施工因素。由于-380m 水平東大巷在掘進過程中涌水量大，首先使巷道成型，然后砌碹通過斷層破碎帶，再進行水溝施工，這樣就造成水溝側碹體墻腳懸空，從而使碹體受力不均，造成變形。

6）地應力的影響。-380m 水平東大巷處于西峰侖煤礦深部，約490m 深，深部巷道圍巖應力集中，易產(chǎn)生塑性變形。

3 -380m 水平東大巷聯(lián)合支護技術

根據(jù)-380m 水平東大巷巷道變形原因分析，需提高碹體質量，防止圍巖遇水泥化、膨脹，提高圍巖強度和自承能力，為此，采用拱形支架聯(lián)合支護。

3.1 支護方案設計

《淺談如何加快軟巖巷道掘進》中認為：傳統(tǒng)的錨噴支護隨著煤礦開采的進一步加深，在深部軟巖巷道支護中，這種以抗壓支護的方法往往不能有效地控制巷道的變形，也不能滿足安全生產(chǎn)的需要。該技術研究結合巷道快速掘進系統(tǒng)工程的需要，探討并提出了先讓后抗的二次支護方案與支護優(yōu)化設計措施，允許巷道圍巖產(chǎn)生一定的變形，促使圍巖進一步趨于平衡，以保證巷道使用期間的穩(wěn)定性和確保工作安全〔3〕。所以，當巷道變形趨于穩(wěn)定后，將變形的碹體進行返修，然后采用鐵拱支架聯(lián)合支護進行二次支護。

3.2 施工方案

（1）碹體返修。由于巷道碹體已變形，必須先進行返修重砌。重砌時，應注意磚塊之間的搭碼、與圍巖的間隙需要充填以及灰漿飽滿等情況。

（2）挖底。巷道過斷層破碎帶時，底板為砂質泥巖等，為防止發(fā)生巷道底鼓現(xiàn)象，必須將巷道底板進行混凝土搗制。膨脹巖是指那些與水的物理化學反應有關并隨時間發(fā)生體積增大的巖石，主要有粘土巖，其礦物成分中含有物理化學性質活潑的蒙脫石。由于巷道積水，當巷道底板為膨脹巖時會引起膨脹性底鼓。要完全控制由于膨脹引起的底鼓，支架必須有很高的支護阻力〔4〕。因此，底板搗制時，應安裝反底拱。

（3）鐵拱支架。鐵拱支架之間的間距不得大于1.0m。二次支護的作用在于進一步提高巷道的穩(wěn)定性和安全性，應采用剛度較大的支護結構。

（4）壁后注漿。處于構造帶影響范圍之內的圍巖，不管是煤巷還是巖巷都極不穩(wěn)定，即使進行了錨桿和錨索的聯(lián)合支護，也不能較好地控制圍巖的變形。因此采用注漿技術對處于構造影響區(qū)域中的服務年限較長的巷道圍巖進行加固是有效的措施〔5〕。

（5）-380m 水平東大巷過斷層破碎帶的巷道支護形式見圖3。

圖3 -380 m水平東大巷過斷層破碎帶巷道支護示意

3.3 施工

-380m 水平東大巷過斷層破碎帶支護施工工藝流程為：原碹體變形墻腳挖掘→墻腳重新壘砌→挖底、安裝反底拱→安裝拱形支架并固定→混凝土搗制→別水→壁后注漿。

（1）首先對-380m 水平東大巷變形碹體墻腳由外向里逐一進行挖掘。為防止碹體吊腳發(fā)生冒頂事故，一次性挖掘長度不得超過2m，并重新將碹體墻腳用水泥預制磚進行壘砌，施工時，要打好臨時點柱。

（2）挖底時，應配合碹體返修施工，因為挖底深度需達到0.6 m，如若等返修碹體全部完工后再進行挖底作業(yè)時，勢必會造成碹體墻腳再次懸空，對安全及施工帶來難度。按設計要求挖底完畢后，安裝反底拱。

（3）然后安裝拱形支架。拱形支架采用15kg／m 的輕軌制作，兩支架間距不得超過1m，并用Φ18mm 圓條焊接，鐵拱基腳則采用混凝土搗制，搗制高度為1.0m。

（4）拱形支架安裝完后，立即進行底板混凝土搗制。采用P.O 42.5水泥，搗制時，應注意排出積水，可適量添加速凝劑。

（5）為防止水對圍巖的影響，雖然進行了混凝土搗制，但由于現(xiàn)場施工條件（有水、泥等），搗制時可能出現(xiàn)小裂隙或搗制不均的現(xiàn)象，需對此段破碎帶在水溝內安裝渡水管，渡水管兩端必須安裝在圍巖完整的地段，并用混凝土封堵管口周邊空間（參見圖3）。

（6）壁后注漿。墻腳注漿孔深2.0m，拱頂注漿孔深1.0m，每組布置5個注漿管，間距為3.0m。注漿壓力為2～3 MPa，水灰比為0.7～0.8。注漿時要特別注意漏液的情況，一旦發(fā)生漏液，應采用棉布等進行封堵。

4 結語

綜上所述，西峰侖煤礦-380m 水平東大巷過F549正斷層破碎帶采取砌碹、反底拱、拱形支架、底板搗制、壁后注漿技術以及水管渡水等防止破碎帶圍巖泥化與膨脹措施后，至今巷道幫部最大水平位移20mm，頂?shù)装遄畲笠平?mm，有效地控制了巷道變形，延長巷道服務年限，解決了斷層破碎帶巖石巷道支護問題，確保了礦井安全生產(chǎn)。

〔1〕李樹清，馮 濤，王從陸，等.葛泉礦軟巖大巷底鼓成因及防治技術〔J〕.巖石力學與工程學報，2005，24（8）：1450-1455.

〔2〕錢鳴高，劉聽成.礦山壓力及控制〔M〕.北京：煤炭工業(yè)出版社，1983.

〔3〕楊 磊，楊天亮.淺談如何加快軟巖巷道掘進〔J〕.中國科技博覽，2010，25：89-89.

〔4〕東兆星，吳士良.井巷工程〔M〕.徐州：中國礦業(yè)大學出版社.2004.

〔5〕朱永建，余偉健.構造帶極不穩(wěn)定圍巖注漿加固效果數(shù)值分析〔J〕.煤炭科學技術，2011，3（39）：14-17.