屯蘭礦18405 綜放面沿空留巷過斷層支護技術

畢俊剛

（西山煤電集團設計院（有限公司），山西 太原 030052）

近年來，沿空留巷憑借其能改善巷道應力集中、減少掘進率、改善巷道角部瓦斯積聚等優點在我國各大礦區得以廣泛應用［1］。沿空留巷是在上一個工作面回采結束后保留并維護其巷道并在下一工作面回采時復用的巷道［2］。但是，當沿空巷道過斷層時，由于斷層影響區內圍巖整體性較差，極不利于巷道維護。專家學者們針對這一工程問題進行了大量研究，提出了巖層注漿和圍巖帷幕注漿［3］、超前預注漿［4］、混凝土止漿墻預注漿和“錨桿錨索+U 型鋼棚”聯合支護［5］以及“加密錨桿+ 架棚”支護［6］等支護方案，有效控制了過斷層時巷道變形。基于前人的研究成果，本文針對屯蘭礦8#煤層18405 皮帶順槽（沿空留巷）過SF215斷層，同時受18405 工作面采動影響，導致圍巖變形大、支護困難、易發生冒頂片幫事故的問題，通過理論分析和現場實測，提出超前注漿和“加密錨索+錨桿+鐵絲網+工字鋼+單體支柱”的聯合支護方案，有效控制斷層影響區沿空巷道圍巖變形，為18405 工作面安全回采創造了良好工作環境。

1 工程概況

西山煤電屯蘭礦南翼下組煤盤區共有4 層可采煤層，自上而下依次為6#、7#、8#和9#煤層，其中8#煤層構造簡單，斷層、陷落柱不發育，屬中厚煤層且全區可采，為目前主采煤層。8#煤層厚度為1.9～3.3 m，平均2.75 m，傾角為3°～7°，平均5°。8#煤層頂底板情況見圖1。

圖1 煤巖層綜合柱狀圖

8#煤層18405 工作面位于+750 m水平南四盤區下組煤右翼，北西為18403 工作面（已回采），南東為18407 工作面（暫未施工），北東與南翼下組煤軌道巷相接，西鄰南四盤區邊界。18405 工作面標高+635 ～+715 m，工作面沿煤層走向布置，長1 836 m，寬240 m。18405 工作面采用傾斜長壁后退式一次采全高全部垮落綜合機械化采煤方法。為了減少巷道掘進量，降低施工成本，在對18405 工作面回采時，決定采用沿空留巷技術復用18403 工作面軌道順槽作為本工作面的皮帶順槽，18405 皮帶順槽全長1 994 m，斷面尺寸為4 500 mm×3 000 mm（寬×高）。18405 工作面布置見圖2。18405 皮帶順槽在距設計停采線326 m時需通過SF215正斷層，見圖2。

圖2 18405 工作面布置

2 斷層對沿空留巷圍巖影響分析

根據8#煤層18403 工作面地質條件，隨著18403 工作面向SF215正斷層方向回采，受工作面超前壓力影響，斷層附近沿空留巷應力逐漸增大，在18403 工作面距SF215正斷層10～30 m時應力集中系數達到2.7，在原支護條件下巷道頂底板最大移近量約為526.76 mm，兩幫最大移近量約為299.08 mm，巷道局部區域出現片幫、冒頂現象，金屬網擠壓變形較大，嚴重威脅工作面安全生產。

綜上所述，為確保18403 工作面軌道順槽在18405 工作面回采時復用要求，主要從以下兩個方面對18405 皮帶順槽（18403 軌道順槽）進行支護：一是以超前注漿的方式增強斷層附近18405 皮帶順槽圍巖整體性； 二是加強對斷層影響范圍內的18405 皮帶順槽的支護。

3 工作面過斷層沿空留巷支護方案

3.1 超前注漿

基于斷層影響范圍分析，確定18405 皮帶順槽在18405 工作面過SF215正斷層前的首要處理措施為超前注漿。為了使不同施工時段注漿效果最佳，選擇聯邦雙液注漿材料進行超前注漿加固，注漿材料性能參數見表1。雙液注漿漿液在2 種漿液混合前，4 h內不發生凝固、泌水和沉淀，而在將2 種漿液混合后的凝結時間為2～8 min，且雙液注漿漿液凝固1～4 h后其單軸抗壓強度可達6～18 MPa。注漿壓力為10～25 MPa，注漿速率為30 L/min，對斷層前后30 m范圍內沿空巷道圍巖進行注漿加固。

表1 注漿材料性能參數

3.2 加強支護

18403 軌道順槽采用錨索網支護，將其沿空留巷利用作為18405 皮帶巷時，支撐能力不足，導致巷道變形嚴重，需對巷道在斷層影響范圍內進行加固。為此，本文提出采用“加密錨索+錨桿+鐵絲網+工字鋼+單體支柱”的聯合支護方案對原支護進行加強。原支護和加強支護方案具體支護參數見表2。巷道加強支護斷面見圖3。

表2 原支護和加強支護參數

圖3 巷道加強支護斷面

對SF215正斷層影響范圍內的18405 皮帶順槽在原支護基礎上，按表2 和圖3 中標示的參數將原來頂板中間1 排頂錨索改為按間排距1 800 mm×2 400 mm布置；同時距巷道兩幫200 mm處按間排距3 600 mm×1 500 mm布置DW42-250/110X型單體支柱并配合12#工字鋼使用。

4 效果檢驗

根據上述支護方案，對18403 工作面在超前SF215正斷層約15 m處進行超前注漿加固斷層影響區圍巖，并采用“加密錨索+錨桿+鐵絲網+工字鋼+單體支柱”的聯合支護方案對斷層前后30 m范圍內沿空巷道進行加強支護。為了檢驗沿空留巷支護效果，采用十字布點法對斷層影響區內的18405 皮帶順槽表面位移進行現場監測。在SF215正斷層60 m范圍內，每30 m布設一個測站，共布設2 個測站，為期30 天的18405 皮帶順槽表面位移現場監測結果見圖4。

圖4 不同觀測時間18405 皮帶順槽表面相對位移量

由圖4 可知，采用超前注漿和“加密錨索+ 錨桿+ 鐵絲網+ 工字鋼+ 單體支柱”的聯合支護方案對斷層影響區沿空巷道進行加強支護后，測站1 和測站2 所監測的18405 皮帶順槽表面相對位移量隨觀測時間總體上相似。在0～17d期間，18405 皮帶順槽頂底板移近量和兩幫移近量變化較大，頂底板移近量和兩幫移近量分別由0d時的13.24 mm和6.21 mm增大至17d 時的153.61 mm和90.04 mm，增長量分別達140.37 mm和83.83 mm，因此該觀測時段可視為18405 皮帶順槽表面變形快速增長段；而在17～30 d時，18405 皮帶順槽頂底板移近量和兩幫移近量隨觀測時間無顯著變化，因此該觀測時段可視為18405 皮帶順槽表面變形趨于穩定段。此外，18405 皮帶順槽頂底板移近量和兩幫移近量均在趨于穩定段達到最大值，最大值分別為155.44 mm和94.66 mm。

綜上所述，采用超前注漿和“加密錨索+錨桿+鐵絲網+ 工字鋼+ 單體支柱”的聯合支護方案對斷層影響區沿空巷道進行加強支護后，18405 皮帶順槽表面相對位移隨觀測時間呈先增長后趨于穩定的變化趨勢。相對原支護而言，采用注漿及加強支護后在SF215正斷層的影響范圍內18405 皮帶順槽頂底板移近量和兩幫移近量最大值分別為166.72 mm和94.66 mm，圍巖相對移近量降低了約68.35%，表明對SF215正斷層影響范圍內18405 皮帶順槽進行超前注漿和加強支護，提高了斷層影響區圍巖整體性，巷道圍巖變形控制效果顯著，為18405 工作面安全回采提供了保障。

5 結語

本文結合屯蘭礦8#煤層18405 工作面地質條件和實際生產情況，采用理論分析和現場實測相結合的研究方法，基于斷層對沿空留巷圍巖的影響分析，提出采用超前注漿加固沿空留巷頂板圍巖并結合 “加密錨索+ 錨桿+ 鐵絲網+ 工字鋼+ 單體支柱”的聯合支護方法，有效控制了斷層影響范圍內沿空留巷表面變形，為18405 工作面安全回采提供了保障。