掘進(jìn)巷道過斷層破碎帶支護(hù)設(shè)計優(yōu)化措施研究

李海成

（府谷匯森馮家塔礦業(yè)運營有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719400）

在煤礦開采過程中，掘進(jìn)巷道往往因為斷層的行程而導(dǎo)致煤巖層的整體穩(wěn)定性受到破壞，輕則影響正常的施工進(jìn)度，重則引發(fā)安全事故。為增加掘進(jìn)巷道過斷層的穩(wěn)定性，通常采用破碎帶支護(hù)技術(shù)，以盡量緩解掉煤巖層斷層帶出現(xiàn)的應(yīng)力，提高生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境的安全性。

1 巷道變形和破壞的主要影響因素

一是巷道變形和破壞與煤礦開采深度有關(guān)。煤礦機械化設(shè)備越來越自動化，開采技術(shù)也越來越先進(jìn)，受到這些技術(shù)設(shè)備的積極影響，煤礦巷道開采的深度也逐漸增加。而隨著巷道開采深度的日漸加深，巷道承受的應(yīng)力也逐漸提升，這就增加了巷道變形和破壞的發(fā)生概率。在加上隨著巷道開采深度的加深，巖層溫度也會有所增加，高溫環(huán)境下煤巖層的性質(zhì)也會發(fā)生過程性轉(zhuǎn)變，由低溫時的脆性變化轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷貢r的塑性變化，更加重了巷道變形和破壞的可能性。

二是巷道變形和破壞與煤礦的地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)。煤礦的地質(zhì)構(gòu)造情況各有不同，在掘進(jìn)過程中，如果遇到特殊的巖層層理，如節(jié)理發(fā)育裂隙較大，則極容易引發(fā)斷層破損的情況，在這種情況下巷道的支護(hù)難度很高。巖層地應(yīng)力的不同也會影響巷道形變或破壞情況，如導(dǎo)致巖體發(fā)生位移、支架變形或失效等。

三是巷道變形和巖體空隙中的水壓力和熱壓力有關(guān)。煤巖層中的孔隙中存在一定量的水，這些水在靜止?fàn)顟B(tài)下表現(xiàn)為靜水壓力，在流動狀態(tài)下表現(xiàn)為動水壓力。而隨著煤礦開采，煤層巖體發(fā)生破壞，巖體孔隙中的水也會發(fā)生狀態(tài)的變化，水的壓力也隨之發(fā)生改變，繼而引起施加在巖體上的力量變化，引起巷道變形。

四是巷道變形和破壞與支護(hù)方式有關(guān)。為了防止巷道變形和破壞，通常采用支護(hù)技術(shù)進(jìn)行安全防護(hù)，傳統(tǒng)的支護(hù)方式如型鋼支護(hù)、錨桿支護(hù)、噴射混凝土支護(hù)、錨網(wǎng)支護(hù)等方式，不同的支護(hù)方式也會對巷道變形和破壞帶來影響。

2 掘進(jìn)巷道過斷層破碎帶支護(hù)存在的問題

在掘進(jìn)巷道過斷層破碎帶支護(hù)過程中通常會遇到含水?dāng)鄬悠扑閹?，含水破碎帶會因水的狀態(tài)變化而對掘進(jìn)巷道以及支護(hù)設(shè)施造成不穩(wěn)定性影響，在這種情況下掘進(jìn)和支護(hù)施工的難度很大。而且單一的支護(hù)方式往往存在不同的優(yōu)勢和弊端，僅僅采用一種支護(hù)方式難以實現(xiàn)理想的安全防護(hù)效果。為此必須對掘進(jìn)巷道過斷層破碎帶支護(hù)技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計，以滿足煤礦安全生產(chǎn)和高效生產(chǎn)的需求。

3 掘進(jìn)巷道過斷層破碎帶支護(hù)設(shè)計優(yōu)化措施

為了提升巷道過斷層破碎帶支護(hù)的安全性和可靠性，采用聯(lián)合支護(hù)的方式，即在過斷層破碎帶首先進(jìn)行錨桿支護(hù)，然后在進(jìn)行注漿加固。

首先進(jìn)行錨桿支護(hù)。在鉆孔完成后，利用錨固劑來把金屬網(wǎng)、鋼帶、錨桿以及連接固件緊固在一起，通過施加預(yù)緊力來對巷道過斷層破碎帶進(jìn)行加固如圖1。

圖1

之后采用注漿加固技術(shù)。傳統(tǒng)的注漿液為水泥類材料，這種材料的成本較低，但是在實際應(yīng)用過程中往往水泥顆粒大小難以控制，顆粒較大的材料難以進(jìn)入巖層的微小縫隙中，容易堵塞裂隙，注漿性能指標(biāo)實現(xiàn)效率不理想。因此采用優(yōu)化配制的加固漿料來對巷道過斷層的破碎帶進(jìn)行注漿加固。實驗人員首先對注漿加固的漿液配比進(jìn)行性能試驗。采用的漿液材料是改性的聚亞胺樹脂，該類樹脂材料在水環(huán)境中極易凝結(jié)硬化，是一種良好的有機高分子注漿材料。使用過程中，改性的聚亞胺樹脂可在水環(huán)境中產(chǎn)生凝膠體，具有強隔水性，在將漿液注入到巷道過斷層破碎帶中后，隨著漿液的流動擴散，漿液自身逐漸凝固硬化，進(jìn)而起到堵塞巖層水滲流空隙的作用，可有效隔斷水源，起到防水目的，而且還可以強固巷道過斷層的穩(wěn)定性，起到了強固支護(hù)的目的。

3 結(jié)語

在掘金巷道過斷層破碎帶支護(hù)設(shè)計過程中，工作人員必須在煤巖層發(fā)生變形、松動或被破壞之前進(jìn)行設(shè)計安裝，這樣就可以使支架在煤巖層自身承受力較好的情況下發(fā)揮作用，提高二者共同的承載力，起到最理想的安全支護(hù)效果。另外，隨著煤礦開采技術(shù)和設(shè)備的快速發(fā)展，目前市場中已出現(xiàn)了大型化、智能化的煤礦掘進(jìn)支護(hù)設(shè)備，能同步實現(xiàn)掘進(jìn)和支護(hù)，有效解決了分層掘進(jìn)耗時長的問題，可以實現(xiàn)全斷面機械化支護(hù)，減少人員施工的危險性。掘進(jìn)支護(hù)一體化設(shè)備和技術(shù)受到越來越多煤礦企業(yè)及技術(shù)人員的青睞，應(yīng)用普及度越來越高。而這也是煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)技術(shù)發(fā)展的重要方向，即由單一技術(shù)向著多元一體化技術(shù)發(fā)展，在煤礦生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)安全以及生產(chǎn)效率方面大大提升。