掘進巷道過斷層圍巖控制技術的應用

齊首靖

（山西汾西正城煤業有限責任公司， 山西 孝義 032300）

引言

地質構造會給煤巖正常回采帶來影響，特別是回采巷道掘進過斷層時圍巖破碎，都會給巷道掘進安全帶來不利影響[1-3]。根據斷層影響附近圍巖特點采取針對性的圍巖控制措施對確保巷道掘進安全具有重要意義，因此眾多的研究學者及工程技術人員采用各種研究方法對巷道過斷層圍巖控制技術展開研究，歸結起來主要提出以下幾種圍巖控制措施：注漿加固、錨索網聯合支護、架棚支護等[4-6]。本文就以某礦3508 綜掘工作面過斷層為工程背景，對采取的圍巖控制措施進行綜合闡述，以期能為其他礦井巷道掘進過斷層提供一定參考。

1 工程概況

山西某礦批注開采 3 號、5 號、9 號以及 11 號等4 層煤層，現階段礦井主采的3 號煤層埋深平均390 m，傾角 7°，厚度 3.3 m，煤層硬度 1.5～2.3，整體硬度較大，頂底板巖性以砂質泥巖、砂巖為主，具體見表1。

表1 頂底板巖性

3508 巷（矩形斷面，寬×高=5.2 m×3.3 m）長度680 m，沿3 號煤底板掘進，采用EBZ-260 綜掘機破煤、巖，運輸采用DSJ80/2×55 帶式輸送機。現階段3508 巷已掘進約140 m，預計巷道掘進至175 m 位置時會揭露 F31 斷層（H=1.2～1.9 m，121°∠53°）、掘進至203m 位置時預計揭露F35 斷層（H=0.7～1.5m，95°∠64°）具體采面揭露斷層位置見圖1 所示。受到斷層構造影響，圍巖破碎會給巷道正常掘進帶來一定的影響。

圖1 巷道揭露斷層位置示意圖

2 斷層對巷道掘進影響分析

3508 巷掘進時揭露的F31、F35 斷層均為正斷層，掘進工作面會由斷層上盤進入到斷層下盤。在掘進時巷道底板首先會受斷層影響，破碎強度降低，在水平應力、構造應力以及掘進影響下巷道底板可能會出現底鼓；巷道掘進通過斷層破碎帶時在地應力以及破碎圍巖影響下巷道圍巖會出現較大變形；掘進通過斷層破碎帶進入到斷層下盤后由于煤體強度小于圍巖會出現以頂板下沉、巷幫收斂為主的變形。

綜合分析，歸結出斷層對3508 巷道掘進主要影響為[7]：

1）在斷層影響下煤層位置發生改變，同時煤體強度及穩定性均發生一定變化，給后續的巷道掘進帶來影響，最為明顯的是掘進迎頭由全煤巷道變成半煤巖巷道。

2）受斷層影響巷道掘進迎頭會造成礦壓異常分布，部分區域出現應力集中，給巷道掘進礦壓控制帶來一定影響。

3）斷層會造成掘進圍巖破碎，嚴重時會出現頂板冒落事故，給巷道掘進帶來安全威脅。

3 巷道過斷層圍巖控制技術

3.1 減小掘進斷面

為了確保3508 巷道掘進過斷層安全，在巷道與斷層交匯前5 m（即巷道掘進約170 m 時）開始變更巷道掘進斷面及支護方式。在確保采面通風、掘進以及運輸不受影響前提下將巷道高度由3.3 m 降低至3.0 m，巷寬仍保持5.2 m，因而將巷道掘進斷面由17.16 m2縮小至15.6 m2，斷面縮小面積接近10%，從而降低巷道圍巖控制難度。

3.2 圍巖控制技術

采用圍巖控制技術，對巷道頂板和兩幫進行支護，如圖2 所示。

圖2 支護設計圖（單位：mm）

3.2.1 頂板支護技術

頂板采用錨桿、錨索以及金屬網（網孔150 mm×150 mm，8 號鍍鋅鉛絲編制）支護。錨桿（螺紋鋼錨桿，Φ22 mm×2 000 mm）每排5 根，兩端錨桿外插15°角外其余均垂直頂板，間排距1 000 mm×1 000 mm。采用五眼鋼帶連接錨桿（規格4 300 mm×250 mm×3 mm）；錨索（鋼絞線，Φ17.8 mm×10 300 mm）按1 300 mm×2 000 mm 間排距布置，每排布置3 根，配套采用規格250 mm×250 mm×16 mm 托盤。3 根錨索連接一根4 500 mm×250 mm（間距1 500 mm）。

3.2.2 巷幫支護

巷幫變形采用錨桿、短W 鋼帶、金屬網控制，錨桿（螺紋鋼錨桿，Φ18 mm×2 000 mm），每排 2 根，間排距為1 000 mm×1 000 mm，上部錨桿外插15°，其余錨桿垂直煤壁。錨桿采用墊片（110 mm×110 mm×8 mm）、W 短節鋼帶（450 mm×280 mm×4 mm）護壁。金屬網隨著掘進工作面推進及時鋪設，從而減少空幫間距。

3.2.3 錨桿、錨索施工要求

施工的錨桿、錨索間、排距以及位置誤差均控制在100 mm 以內，采用的樹脂錨固劑攪拌時間、等待時間分別在 8～12 s、41～90 s 間。錨桿、錨索均應分別保持 10～50 mm、150～250 mm 外漏長度。頂板錨索預先施加預緊扭矩220 N·m、錨桿預緊扭矩分別為150 N·m（巷幫）以及170 N·m（頂板）。布置的金屬網片間搭接長度在200 mm 以上。

4 圍巖控制效果

在3508 巷掘進通過F31 斷層時布置測點監測圍巖變形。從監測結果看出，隨著巷道支護時間增加圍巖變形量呈緩慢增加趨勢，支護完成11 天后巷道圍巖變形基本穩定，最終頂底板以及巷幫位移量分別為87 mm、64 mm，圍巖變形量較小，不會給巷道支護體系穩定性帶來不利影響。

巷道掘進過斷層時，未出現頂板冒落、煤壁片幫等問題，隨著掘進過斷層時掘進斷面為半煤巖巷道，EBZ-260 綜掘機掘進基本不受影響，巷道仍能保持15 m/d 掘進進尺。巷道耗時 4 d 通過 F31、F35 斷層及其影響帶，掘進過程中未出現異常情況，表明文中提出的巷道過斷層圍巖控制技術方案是切實可行的，可以滿足礦井生產需要。