頂板含水巷道掘進(jìn)過斷層時(shí)的圍巖綜合控制

王 飛

（山西晉煤集團(tuán)陽城晉圣誠南煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

我國煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層、陷落柱、褶曲、軟煤破碎帶等地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，制約我國煤礦巷道掘進(jìn)效率，影響生產(chǎn)安全[1-2]。巷道頂板含水時(shí)，由于水對(duì)巖體起到弱化作用，會(huì)使巷道頂板圍巖強(qiáng)度降低，易引起巷道頂板失穩(wěn)，特別是斷層影響區(qū)巷道圍巖十分破碎，頂板含水層水通過裂隙涌入巷道，還會(huì)腐蝕支護(hù)構(gòu)件，降低了支護(hù)系統(tǒng)的可靠性。因此，解決煤礦頂板含水巷道過地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)的圍巖支護(hù)難題，既可以保障煤礦巷道頂板安全，更是緩解我國煤礦采掘銜接緊張局面的重要措施[3-6]。本文結(jié)合誠南煤礦清理撒煤平巷的實(shí)際地質(zhì)條件，提出了斷層影響區(qū)巷道圍巖綜合控制技術(shù)，可為同類條件巷道提供參考借鑒。

1 概況

誠南煤礦主采15號(hào)煤層，煤層平均厚度為2.8m，煤層傾角平均5°，埋深59～120m，平均埋深107m。煤層直接頂為泥巖，平均厚4.5m，黑灰色，性脆，致密，含星散狀或結(jié)核狀黃鐵礦；基本頂為K2灰?guī)r,平均厚9.5m，灰-深灰色，上部含燧石結(jié)核，下部夾泥頁巖，具裂隙；直接底、基本底為泥巖,平均厚13.7m，灰黑色，含炭質(zhì)，偶見頁巖、砂頁巖，頂部見鋁土質(zhì)泥巖，偶見黃鐵礦。清理撒煤平巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為56.772m，開口位置距集中軌道大巷129.995m處，按方位角205°沿煤層頂板掘進(jìn)，與集中膠帶大巷、回風(fēng)大巷貫通。巷道設(shè)計(jì)為矩形斷面，毛寬3.7m，毛高2.7m，毛斷面積為9.99m2，凈寬3.5m，凈高2.5m，凈斷面積為8.75m2。巷道施工過程中的涌水主要來源為頂板灰?guī)r巖溶水，涌水形式為頂板淋水、頂板裂隙滲水，預(yù)計(jì)最大涌水量0.2m3/h，正常涌水量0.02m3/h。根據(jù)礦井地質(zhì)資料顯示，巷道掘進(jìn)過程中會(huì)揭露SF02正斷層，斷距1.2m。

2 斷層區(qū)頂板破壞主因及控制原理分析

2.1 頂板破壞主要原因

誠南煤礦清理撒煤平巷埋深65m，煤層埋深較小，垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力對(duì)巷道圍巖控制影響程度小。但由于巷道頂板為一層厚度起伏較大的泥巖，且基本頂石灰?guī)r為頂板含水層，在斷層構(gòu)造影響區(qū)巖層構(gòu)造裂隙發(fā)育，使得該區(qū)域含水量可能增大。巷道掘進(jìn)后，在掘進(jìn)動(dòng)壓影響下，巷道圍巖進(jìn)一步破壞，加之礦井潮濕空氣通過裂隙進(jìn)入頂板泥巖，極易導(dǎo)致頂板泥巖風(fēng)化變形、膨脹破壞，加大巷道頂板的控制難度。

2.2 圍巖控制原理

針對(duì)頂板含水且直接頂為泥巖的巷道，在過斷層影響區(qū)首先應(yīng)探測(cè)確定斷層影響區(qū)范圍，提前采取預(yù)注漿加固，封閉巷道頂板及兩幫圍巖裂隙，強(qiáng)化巷道圍巖弱面，提高破碎巖層內(nèi)摩擦力，在巷道掘進(jìn)迎頭形成一個(gè)注漿加固圈，掩護(hù)巷道掘進(jìn)；其次需降低巷道掘進(jìn)對(duì)圍巖的擾動(dòng)影響，采取主動(dòng)支護(hù)改善巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)，在圍巖內(nèi)形成一個(gè)壓應(yīng)力區(qū)，提高圍巖承載能力，遇到頂板離層或圍巖變形較大時(shí)，及時(shí)架棚支護(hù)控制圍巖持續(xù)變形；最后需噴漿隔絕礦井潮濕空氣與頂板泥巖的接觸，防止泥巖風(fēng)化。

3 圍巖綜合控制技術(shù)

3.1 地質(zhì)探測(cè)

根據(jù)地質(zhì)資料揭示斷層位置，在掘進(jìn)工作面距斷層30m時(shí)停止掘進(jìn)施工，施工超前探測(cè)孔，探測(cè)掌握巷道與斷層之間的相對(duì)位置關(guān)系、斷層分布情況、產(chǎn)狀、影響范圍以及影響區(qū)煤層賦存情況、圍巖結(jié)構(gòu)情況，為巷道過斷層影響區(qū)時(shí)的圍巖控制方案提供基礎(chǔ)資料，明確巷道掘進(jìn)進(jìn)入斷層影響區(qū)的具體位置，以便采取措施。

3.2 超前預(yù)注漿加固

在掘進(jìn)工作面距斷層破碎區(qū)還剩5m時(shí)，在巷道迎頭施工超前預(yù)注漿加固鉆孔，對(duì)巷道前方圍巖進(jìn)行注漿加固。若鉆孔出水，嚴(yán)禁拔出鉆桿，必須及時(shí)匯報(bào)礦調(diào)度并按照防治水規(guī)定采取堵水措施，處理后方可進(jìn)行注漿鉆孔鉆進(jìn)及注漿施工。注漿加固鉆孔深度為6m，采取搭接布置，搭接長(zhǎng)度不小于1m，有效長(zhǎng)度5m。鉆孔分2排布置，上排布置4個(gè)鉆孔，位于巷道迎頭頂板，間距1.2m，垂直方向仰角均為10°，中間兩個(gè)鉆孔在水平方向與巷道軸線平行，兩側(cè)鉆孔水平方向向外偏斜與巷道軸線夾角為10°；下排布置3個(gè)鉆孔，距巷道頂板1.2m，間距1.8m，中間1個(gè)鉆孔垂直迎頭布置，兩側(cè)鉆孔向外傾斜與巷道軸線夾角為10°。注漿加固鉆孔布置如圖1所示。

圖1 超前注漿加固鉆孔布置圖

3.3 淺掘深輕擾動(dòng)及時(shí)臨時(shí)支護(hù)

由于斷層影響區(qū)巷道圍巖破碎，頂板控制難度大，為減小巷道掘進(jìn)擾動(dòng)影響，縮短單循環(huán)空頂時(shí)間及空頂距，及時(shí)進(jìn)行巷道頂板支護(hù)，保證巷道頂板安全。在巷道掘進(jìn)過斷層影響區(qū)時(shí)，巷道單循環(huán)掘進(jìn)進(jìn)尺由原1.6m縮減為0.8m，與錨桿支護(hù)排距保持匹配。在巷道掘進(jìn)過后，及時(shí)采用兩對(duì)內(nèi)注式單體柱加9#π型鋼梁進(jìn)行頂板臨時(shí)支護(hù)，單體柱間距為1000mm，與永久支護(hù)的排距為800mm。臨時(shí)支護(hù)后應(yīng)緊跟著進(jìn)行巷道永久支護(hù)，縮短巷道迎頭頂板空頂時(shí)間。

3.4 主動(dòng)與被動(dòng)支護(hù)相結(jié)合

（1）頂板錨索補(bǔ)強(qiáng)

原巷道頂板支護(hù)參數(shù)為錨桿每排5根，間排距為800×800 mm；錨索每間隔1排錨桿布置1根，沿巷道中線布置，錨索排距為1600mm。為提高巷道過斷層期間圍巖控制效果，保證巷道頂板穩(wěn)定，在巷道掘進(jìn)距斷層影響區(qū)5m（即與超前預(yù)注漿加固同步）時(shí)，對(duì)巷道頂板進(jìn)行錨索補(bǔ)強(qiáng)。錨索補(bǔ)強(qiáng)參數(shù)為每排2根，間距為1600mm，與原巷道頂板錨索支護(hù)間隔布置，補(bǔ)強(qiáng)后斷層影響區(qū)頂板錨索呈“2-1-2”布置，如圖2所示。

（2）架棚支護(hù)控制圍巖

對(duì)斷層影響區(qū)巷道頂板進(jìn)行錨索補(bǔ)強(qiáng)后，每隔10m需設(shè)置綜合監(jiān)測(cè)測(cè)站，對(duì)巷道圍巖變形和頂板離層進(jìn)行觀測(cè)分析。根據(jù)巷道圍巖變形情況，及時(shí)采取架棚支護(hù)控制巷道圍巖變形。架棚支護(hù)采用兩對(duì)內(nèi)注式單體柱加9#π型鋼梁，棚距為1000mm。

圖2 巷道頂板支護(hù)圖

3.5 封閉圍巖防風(fēng)化

根據(jù)巷道頂板巖性可知，煤層直接頂為泥巖，斷層影響區(qū)巷道圍巖破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，井下潮濕空氣易通過圍巖裂隙進(jìn)入巷道頂板巖層內(nèi)部，從而導(dǎo)致頂板泥巖出現(xiàn)風(fēng)化破壞，加劇巷道頂板失穩(wěn)。在巷道斷層影響區(qū)，頂板進(jìn)行錨索補(bǔ)強(qiáng)之后，應(yīng)利用檢修班及時(shí)對(duì)巷道頂板進(jìn)行噴漿封閉，噴漿厚度不小于10mm，巷道兩側(cè)巷幫頂角不少于50mm。

3.6 礦壓觀測(cè)

為分析清理撒煤平巷過SF02正斷層期間的圍巖控制效果，采用十字測(cè)點(diǎn)法對(duì)巷道圍巖變形進(jìn)行觀測(cè)分析，并在巷道頂板布置頂板離層監(jiān)測(cè)儀，觀測(cè)分析巷道頂板離層情況。通過兩個(gè)月的觀測(cè)可知，巷道頂板最大下沉量為159mm，兩幫移近量最大276mm，巷道頂板前部未出現(xiàn)明顯離層，深部離層值為25mm。可見，誠南煤礦清理撒煤平巷采用以上綜合技術(shù)措施后，巷道斷層影響區(qū)域圍巖控制效果良好，能夠滿足巷道安全使用要求，且巷道沒有出現(xiàn)明顯涌水現(xiàn)象。

4 結(jié) 語

地質(zhì)構(gòu)造是制約巷道掘進(jìn)速度、影響巷道頂板安全的重要因素，在掘進(jìn)巷道過地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)時(shí)，提前探測(cè)構(gòu)造發(fā)育情況、影響范圍，采取超前預(yù)注漿加固、淺掘深輕擾動(dòng)及時(shí)臨時(shí)支護(hù)，及時(shí)進(jìn)行頂板錨索補(bǔ)強(qiáng)和架棚支護(hù)以及封閉圍巖防止風(fēng)化和礦壓觀測(cè)等綜合治理措施，清理撒煤平巷斷層影響區(qū)巷道頂板最大下沉量159mm，兩幫移近量最大276mm，巷道頂板前部未出現(xiàn)明顯離層，深部離層值為25mm，實(shí)現(xiàn)了有效控制巷道圍巖變形、保證巷道安全使用的目的。