回風順槽過斷層應力區支護工藝優化設計

費晉華

1 概述

巷道掘進過程中經常遇到斷層等地質構造，受構造應力的影響施工巷道過斷層期間會出現頂板破碎、局部冒頂現象，這不僅影響著施工巷道掘進效率，而且很容易引發煤礦重大安全事故。

山西煤炭進出口集團左云長春興煤業有限公司位于左云縣小京莊鄉，大同煤田西南，井田面積為19 km2，礦井設計生產能力為2.40 Mt/a，礦井設計開采盤區為東盤區、南盤區和北盤區，盤區內現開采煤的層為石炭二疊紀22#煤層，煤層平均厚度為12 m。303回風順槽位于井田南盤區，巷道設計長度為3029 m，巷道斷面規格為寬×高=4.6 m×3.5 m，巷道從南盤區皮帶巷開口并沿22#煤層底板平行掘進施工，巷道初步支護設計中頂板采用錨桿、錨索聯合支護，巷幫采用單錨桿支護。截止目前303回風順槽已掘進728 m。

圖1 南盤區303工作面布置

303工作面地質資料顯示，303回風順槽以南存在一條正斷層f11，該斷層落差為0～30 m，傾角為50°～65°，斷層延伸方向與303回風順槽掘進方向一致，見圖1。f11斷層與303回風順槽之間煤柱平均寬度為80 m，由于受該斷層應力影響303回風順槽掘進至620 m處時頂板出現局部破碎、靠近斷層一側巷幫片幫嚴重現象，特別隨著巷道不斷開拓延伸巷道頂板與巷幫之間三角煤柱難以預留，嚴重制約著施工巷道掘進效率，威脅著煤礦安全生產。為降低斷層應力對巷道圍巖的影響，綜掘一隊前期施工時在巷道施工永久支護的前提下架設普通工字鋼棚，但是效果不佳。對此綜掘一隊通過技術例會進行探討，決定采用加長錨桿、深孔注漿以及架設L型工字鋼棚的方法對巷道頂板及巷幫進行加強支護，確保巷道施工安全。

2 深孔注漿+加長錨桿+架設L型工字鋼梁聯合支護方式

2.1 深孔注漿支護

由于受f11斷層應力影響，303回風順槽與斷層之間煤巖體破碎嚴重，從用單一的錨桿支護無法加強破碎煤巖體的膠結穩定性，所以在巷道支護前必須保證破碎煤巖體具有一定膠結穩定性，通過研究決定對303回風順槽靠近斷層側煤壁采用施工深孔并進行注漿，具體施工方法如下：

（1）當303回風順槽施工至600 m處開始在靠近斷層側煤壁施工注漿鉆孔，鉆孔從頂板沿底板方向依次布置，每排布置三個鉆孔，鉆孔深度為20 m，直徑為75 mm。

（2）每排鉆孔與巷幫成60°夾角布置，鉆孔間距為1.0 m，第一個鉆孔距頂板間距為0.8 m，為加強頂板與巷幫之間三角煤柱膠結穩定每排第一個鉆孔與頂板成45°夾角布置，303回風順槽每掘進8 m施工一排注漿孔。

（3）注漿孔施工完后采用高壓注漿泵向孔內注射凝固液，凝固液采用的是馬麗散與催化劑一定比例的混合液，在注漿過程中發現凝固液從鉆孔回流或煤壁有凝固液滲出時停止注漿并及時封孔。

2.2 加長錨桿支護

303回風順槽巷幫原支護設計采用單錨桿支護，錨桿長度為2.0 m，而靠近斷層側巷幫受應力影響破碎嚴重，采用短錨桿支護效果不明顯、支護質量差，通過研究決定采用加長錨桿配套圓鋼托架進行斷層側煤壁支護，施工方法如下：

（1）原支護設計中303回風順槽巷幫設計三排護幫，為確保支護安全可靠，通過優化后靠近斷層側煤壁施工四排護幫，錨桿間距為0.8 m，第一根錨桿距頂板間距為0.5 m，錨桿排距為1.5 m。

（2）優化設計后的巷幫錨桿采用加長左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿長度為3.5 m，直徑為22 mm，每根錨桿配套三根錨固劑，一支MSKC23/35、兩支MSK23/60型。

（3）當相鄰三排錨桿施工完后第一排第一根錨桿、第三根錨桿與第二排第一根、第三根錨桿之間采用圓鋼托架相連接，同時第二排第二根、第四根錨桿與第三排第二根、第四根錨桿同樣采用圓鋼托架相連接，圓鋼托架長度為1.5 m，直徑為18 mm，并成交錯式布置。

圖2 303回風順槽架設L型鋼棚斷面

2.3 架設L型工字鋼棚

原303回風順槽過斷層應力區時架設普通工字鋼棚，但是該鋼棚只是對頂板破碎區起到一定支護效果，但對頂板與巷幫之間三角煤柱無法支護，通過研究決定采用架設L型鋼棚對頂板及三角煤住同時進行支護，施工方法如下：

（1）L型鋼棚主要由底座、棚腿、L型頂梁及橫梁組成，棚腿長度為3.5 m，橫梁長度為1.5 m，棚腿和橫梁主要由11#工字鋼梁制成；L型頂梁兩端長度分別為1.0 m，L型頂梁由寬度為120 mm，厚度為5 mm扁鐵制成，L型頂梁兩端各焊制一個直徑為25 mm的圓孔。

（2）L型頂梁布置在應力區側相鄰兩排護幫之間的三角煤柱處，頂梁布置后在頂板和巷幫處通過頂梁焊接的圓孔各施工一個長度為2.5 m螺紋鋼錨桿將其固定。

（3）L型頂梁施工完后為確保頂梁安全穩定在其下方架設橫梁，橫梁與巷道平行布置，距巷幫為0.3 m，每根頂梁采用兩根棚腿進行支撐，棚腿與頂梁之間采用卡纜固定，相鄰棚腿之間采用兩根防倒拉桿進行連接，見圖3。

（4）當應力區所有L型鋼棚架設完后，在棚腿與煤壁之間間隙處填塞長度1.5 m的水泥背板，水泥背板鋪設后再對巷幫噴射混凝土。

圖3 303回風順槽斷層應力區側煤壁架設L型工字鋼梁剖面

3 結語

山煤集團左云長春興煤業公司綜掘一隊在施工303回風順槽中，為確保施工巷道安全順利通過斷層應力區，采用注漿、施工加長錨桿及架設L型工字鋼棚的方法對巷道加強支護，有效降低了巷道受斷層應力的影響，提高了巷道成型率，徹底解決了應力區巷道煤壁及頂板出現破碎難以支護的難題。

〔1〕李曉磊.掘進工作面過斷層破碎帶支護工藝[J].煤，2009（4）：122-123.

〔2〕張龍增.淺析掘進巷道過大斷層破碎帶支護優化設計[J].山東煤炭科技，20179）：112-114.

〔3〕張 飛.掘進巷道斷層破碎帶支護工藝優化設計[J].山東煤炭科技，2017（4）：37-39.

〔4〕郭占元.斷層應力區巖層破碎機理及維護措施[J].能源與節能，2012（3）：134-135.

〔5〕付 智.1142回風延伸巷過斷層構造區支護實踐[J].中州煤炭，2005（4）：71-72.