復雜地質條件下巷道過斷層的支護技術

李亨(山西焦煤霍州煤電集團晉北煤業(yè)有限公司，山西 忻州 035100)

0 引言

在礦井建設的過程中，巷道的掘進不可避免的會出現(xiàn)穿越斷層的情況，而在出現(xiàn)斷層與巷道交叉時，巷道的圍巖穩(wěn)定性較差，在掘進的過程中如果不能做好支護措施，就會容易造成坍塌問題。因此，在巷道過斷層掘進時，需要使用合理的支護技術，以確保支護的效果良好。

1 礦井掘進安全生產(chǎn)的影響因素

隨著煤礦開采深度以及強度的不斷增加，巷道掘進的難度越來越大，面臨的地質條件更加復雜，在巷道掘進的過程中不可避免的會出現(xiàn)巷道與斷層的交叉，使煤礦生產(chǎn)的安全受到威脅。為了能夠使巷道順利過斷層，保障礦井開采的安全性，需要對其中的影響因素進行充分地了解，然后采取有效的措施進行支護，以保障巷道掘進的安全。在煤礦復雜地質條件下，巷道周圍的圍巖堅固性受到破壞，其強度下降，因而容易產(chǎn)生圍巖破碎問題，如果遇到水流的侵蝕，巷道坍塌的可能性增大，對于巷道的支護工藝施工也就越困難。煤礦斷層問題的出現(xiàn)，會使圍巖結構層被破壞，同時在巷道掘進的過程中，圍巖的強度不足，巷道的穩(wěn)定性就會下降，存在斷層問題。受地質運動的影響，巖層結構會發(fā)生不同程度的變化，這樣在煤礦開采中，巖層結構裂縫就容易出現(xiàn)，巷道頂板以及山墻等的承載壓力就會增大，開采生產(chǎn)的安全性沒有保障，而且在巷道底板圍巖的應力集中影響下，支護技術的使用就需要合理進行選擇，以增強支護技術的有效性，從而使巷道掘進能夠安全地過斷層。

2 巷道掘進存在的問題

以某礦區(qū)的巷道掘進為例，該礦區(qū)所處的區(qū)域內(nèi)，巖漿活動較為強烈，而且多斷裂、褶皺問題，斷層裂隙發(fā)育，巖石比較破碎，容易透水且穩(wěn)固性不好。在該礦區(qū)進行巷道掘進時，安全性受到較大的威脅，巷道掘進以及支護施工存在一定的困難。首先，由于巖體較為破碎，大斷面空間的形成并不容易，這樣巷道在掘進時想要通過巖體就存在較大的難度。另外，由于透水性的影響，在斷層中容易滲入水分，進而可能會出現(xiàn)泥石流災害。再者，對于永久巷道，其維護工作的困難較多，維護成本較高，還存在較大的安全風險。煤礦開采過程中，地下工程主要有斜井、斜坡道以及運輸平巷等，存在較大的斷面面積，同時安全性相對較高，服務的期限較長，這部分工程對于巷道的支護工藝要求就會更高，在綜合考慮安全性、成本控制以及經(jīng)濟效益這些方面后，對巷道過斷層的支護技術進行了對比討論，根據(jù)該礦區(qū)斷層結構的特點，支護技術的使用采取聯(lián)合支護方式，以工作面預注漿工藝與超前管棚聯(lián)合支護工藝聯(lián)合，進行巷道過斷層支護。

3 支護技術使用

3.1 工作面超前預注漿工藝

巷道在過斷層時，結合礦井的實際特點，需要在工作面進行超前預注漿，使巷道與斷層交叉位置的破碎巖體能夠得到預先固結，形成穩(wěn)固的復合固結體，這樣才能夠使巷道掘進過程更加順利。而且在復雜的地質條件下，斷層位置通常會出現(xiàn)滲水問題，通過預注漿，可以將水裂隙有效封堵住，使巷道圍巖更加穩(wěn)固，防止出現(xiàn)坍塌以及泥石流災害。

3.1.1 止?jié){墻施工

在巷道過斷層的迎面位置進行止?jié){墻施工，提前埋設3 根孔口管，在全斷面的位置設置3 個注漿孔，根據(jù)斷層破碎帶的寬度來確定孔的深度，通過在現(xiàn)場澆筑混凝土和磚墻一起作為止?jié){墻，厚度控制在1m，孔口管使用的是φ108mm×4mm的無縫鋼管材料制作而成，長度為1.5m，保持大概0.5m 的外露部分。

3.1.2 注漿施工

水泥漿主要是以單液為主，在進行封口時使用水玻璃加水泥的雙液漿，如果這個過程中需要消耗的漿液比較大時，可以使用砂漿進行注漿。水泥原料使用等級為42 級的硅酸鹽水泥，對水玻璃模數(shù)、單液漿的水灰比、雙液漿的配合比、以及砂漿配比等進行確定。由于注漿施工屬于隱蔽性的工程，對每個孔段進行注漿時都要確保注入量、終量以及終壓符合設計的標準要求，這樣才能使注漿的質量得到有效保證，同時提高堵水的效果。在孔段注漿過程中，達到終壓后，需要使泵的流量保持穩(wěn)定大概25 分鐘，然后結束注漿。

3.2 超前管棚支護工藝

在工作面完成超前預注漿施工后，注漿完畢需要結合實際情況，進行超前管棚支護。

3.2.1 架棚背板施工

使用U 型鋼制作鋼棚，然后用鋼連桿將棚與棚之間進行連接，確保每兩個棚之間的連桿為7 根，其中拱部包含3 根，兩邊直墻各含2 根。每個架棚上有接頭3 個，使用螺栓將接頭與U 型卡纜進行連接。按照有關技術標準中要求的中腰線，先架設生根棚，使用鋼筋進行焊接，使用前探梁對棚梁進行架設，前探梁的材質使用無縫鋼管，利用U 型鋼連接鋼筋掛鉤，棚梁經(jīng)過校正后將連接件進行固定。然后對棚腿與棚梁進行搭接，同樣用U 型卡纜經(jīng)過螺栓進行連接。架設好U 型鋼棚后，然后對棚后的鋼筋混凝土背板進行架設，混凝土背板的長度方向要垂直于U 型鋼，同時要保證每兩個背板之間的放置緊密結合，背板后面出現(xiàn)的空區(qū)需要使用木板或者是混凝土背板填實。

3.2.2 噴射混凝土施工

在U 型鋼棚架設完成、背板鋪設完后，需要對設計的具體要求進行檢查，查看是不是符合設計的標準，然后清理工作面的危石以及巖面，這主要是為了能夠避免出現(xiàn)因工作面清理不良影響巖面與混凝土之間的粘結效果，使巷道的圍巖與支護措施之間從整體上形成良好的效果。對噴射的混凝土配置比例進行優(yōu)化，確保噴射的混凝土從粘結效果、回彈力、強度等方面能夠滿足施工的具體要求。這個過程中需要嚴格地控制砂石材料的選擇，從粒徑的大小上進行控制，在攪拌混凝土的過程中需要對速凝劑的使用比重進行合理控制。按照標準要求進行噴射施工，這個過程中對噴射的距離以及角度進行合理設計，同時要注意控制分層噴射所間隔的時間以及一次性噴射時混凝土的厚度。在噴射混凝土施工中，用到的細骨料和水泥的量比較多，而且還需要摻入速凝劑，因此這個過程中會存在變形收縮問題，在噴射混凝土施工完成后一周時間內(nèi)，需要進行養(yǎng)護，穩(wěn)固混凝土的強度，使其保持良好的抗?jié)B性能。

4 支護技術應用效果

從聯(lián)合支護施工的實際情況看出，巷道過斷層取得了較好的應用效果。使用超前預注漿和超前管棚支護聯(lián)合的方式對巷道過斷層進行支護，巷道掘進能夠更加容易進行，而且速度有所提升，每次掘進的距離都能夠維持1m 左右，使巷道圍巖自穩(wěn)時間較短、巷道掘進困難以及巷道斷層滲水等問題得到了有效的解決。在復雜地質條件下，對斷層使用超前預注漿的施工方式進行固結，可以使斷層的水裂縫得到較好的封堵，使巷道的圍巖進一步穩(wěn)固，而且使用超前管棚聯(lián)合支護的方式，減小了巷道出現(xiàn)變形的可能，巷道圍巖的承重能力得到提高。工作面在進行預注漿施工后，斷層的破損巖體被混凝土固結成穩(wěn)定的復合體，巷道掘進順利很多，在邊掘進邊支護的過程中，巷道圍巖與支護措施之間能夠共同受力，巷道掘進過斷層不會出現(xiàn)大面積的坍塌。經(jīng)過聯(lián)合支護后，巷道成功穿越了斷層結構。

5 結語

總而言之，在礦井建設巷道過斷層時，地質條件非常復雜，在選擇支護技術時需要對復雜地質條件的特點進行充分的分析，綜合考慮各方面影響因素，選擇合適的支護技術，通過有效的支護防護，使巷道能夠更加順利通過斷層地質段。