深井高應力大斷面煤巷過斷層掘進支護技術研究

范仕清 柏發松 李宏亮

（淮滬煤電有限公司丁集煤礦，安徽 鳳臺 232142）

過復雜斷層構造帶是煤礦回采巷道掘進面臨的重要難題之一，因斷層構造帶在拉張或擠壓作用下，斷層區域內巖石裂隙異常發育，構造應力集中，巖層泥化軟化程度較高，局部富水性較強，給巷道安全掘進帶來較大威脅[1-2]。目前，淮南礦區多數礦井煤巷掘進仍采用較為單一的錨網索支護形式，在過斷層異常帶時，因其支護結構及力學特性難以滿足地質異常帶巷道圍巖特性，往往在巷道掘進一段時間后，圍巖結構失穩，幫頂產生較大破壞，需要進行二次巷修。

本文針對丁集礦東翼采區1521（3）軌順過落差10～15m的SF271斷層的工程實際，提出采用頂板預注漿、超前錨桿護頂后架棚、二次注漿補強加固的聯合支護技術，較好地解決了過斷層異常帶巷道圍巖控制問題[3-4]。

1 工程地質條件

丁集礦1521（3）軌順位于東三采區，設計全長2628.4m，煤層底板標高為-538.6～ -730m，巷道北側為5F-72（H=5～35m）斷層。該工作面西北側的1511（3）工作面（東三采區首采面）已收作，預計撥門施工973.5m揭露落差10～15m正斷層SF271。揭露斷層前，巷道以16～18°上山跟13-1煤頂板施工，采用錨網索支護斷面為18.7m2，架棚支護斷面為19.42m2。根據地測科前探鉆孔資料分析，SF271正斷層產狀：SF271:271°∠50°，落差H=10～15m，巷道過斷層剖面圖如圖1所示。

斷層破碎帶因煤巖層在拉張或擠壓作用下，破碎帶內巖體裂隙發育，自穩性差，巷道掘進支護過程中遇到的三類風險[5]，主要表現為：掘進面突水，煤與瓦斯突出（高值瓦斯超限），片幫冒頂。

圖1 巷道過SF271斷層剖面圖

2 過斷層掘進支護技術

2.1 過斷層掘進時的安全措施

（1）前探鉆孔掩護施工。過斷層期間，必須在前探鉆孔的掩護下掘進施工。前探鉆孔施工后必須使用炮泥封堵嚴實。巷道揭露斷層后可不再執行前探鉆孔，若迎頭無錨桿（索）孔時，仰角探眼正常執行。

（2）探放水及排水。為防止過斷層施工期間斷層帶掘進施工出現壓力水，掘進施工前，施工探放水孔進行探放水。同時，迎頭后方設置專用探放水排水站，排水站設置水泱、排水泵，一用一備，排水管距迎頭不大于20m，排水點處排水接口不少于2個，掘進期間加強管理，確保排水管路、閘閥完好、暢通。

（3）通風及瓦斯管理。過斷層期間，加強“一通三防”管理工作，通風區要設專職瓦檢員，嚴格加強瓦斯檢查及風筒、探頭的管理，風筒接頭要嚴密，嚴禁跑漏風，雙路風筒其中一路距迎頭工作面不得超過5m，另一路距迎頭工作面不得超過20m，必須保證足夠的風量。迎頭常備足量包括化學漿等應急材料，如遇瓦斯涌出地點，應及時噴注漿封閉。

（4）上山施工迎臉防護管理。巷道以16～18°上山跟13-1煤頂板施工，在斷層破碎帶施工或巷道幫頂巖體破碎存在片冒威脅時，在完成棚梁架設，腰背嚴實后，及時安裝迎臉防護。先施工錨網防護頂板向下2m左右高度的迎臉，采用3～6片 Φ6×1800×1000mm 鋼筋網，網片采用Φ20×2000mm玻璃鋼點錨桿固定，錨桿間排距1000×1000mm左右。

2.2 過斷層破碎帶支護技術

（1）頂板預注漿強化破碎圍巖。部分地質前探孔排出大量裂隙水后疏干，地質前探孔巖性分析發現，SF271斷層破碎帶影響范圍較大，成分主要由砂泥巖、泥巖和煤構成，受裂隙水影響，破碎且松軟，結構性較差，采用傳統的支護形式極易發生冒頂片幫事故。

為保證過斷層破碎帶期間的頂板安全管理，根據頂板構造和巖性特征，在迎頭向后3m在頂板巷中及肩窩布置3個注漿孔，孔深5m，化學漿選用加固效果較好的久米納加固型漿液。

（2）超前撞楔掩護下架棚支護。過斷層期間，尤其斷層破碎帶巷道頂幫巖性差、破碎，無法采用錨網索支護時，及時采用架29U型棚架棚支護。U型棚規格：凈寬×凈高=5200×4050mm，棚距700mm。架棚施工時，施工長度不低于2800mm的Φ25mm撞楔進行超前支護。撞楔間距不得大于300mm，數量不得少于12根；頂板巖石不易控制時，撞楔間距不大于200mm，撞楔布置見圖2。

圖2 架棚施工撞楔布置圖

錨網支護改架棚支護時，巷道需要架設5棚“外錨內架”聯合支護。

（3）二次補注漿強化圍巖。SF271斷層及前后地質構造異常帶掘進施工后，及時對巷道幫頂支護體和頂板來壓情況巡查。巷道局部頂板淋水段、巖性破碎嚴重段進行注化學漿補強加固，化學漿選用久米納加固型化學材料。

3 礦壓觀測及效果評價

1521（3）軌順采用“預注漿+超前撞楔掩護架棚+二次補注漿”的全斷面一次過斷層聯合支護技術，以16～18°上山施工至SF5點前56m揭煤施工結束，共計聯合支護85m。在巷道掘進期間設置5組礦壓觀測站，采用十字布點法對巷道圍巖變形量進行觀測。巷道頂底板及兩幫位移量觀測結果，如圖3、圖4所示。

經過近2個月的礦壓觀測表明，圍巖變形量于30日開始趨于穩定，頂底板位移量和兩幫移近量最終分別達到最大值160mm、80mm，礦壓觀測表明，采用“預注漿+超前撞楔掩護架棚+二次補注漿”的支護形式較好地提高了斷層區域的巷道圍巖穩定性，控制住巷道圍巖的變形量。

圖3 巷道頂底板移近量

圖4 巷道兩幫移近量

4 結 語

丁集礦1521（3）軌順上山施工以前探鉆孔掩護、探放水、通風及瓦斯管理、上山施工迎臉防護等綜合掘進施工方法，在確保安全的前提下順利通過SF271破碎帶。采用“預注漿+超前撞楔掩護架棚+二次補注漿”的聯合支護技術，能夠強化巷道圍巖，解決斷層破碎帶內巷道難以支護的問題。礦壓觀測表明巷道圍巖能夠滿足實際生產需要，為上山巷道過斷層掘進支護提供一種新的實踐。