42202 工作面皮帶巷過F215 逆斷層技術實踐

劉云鶴

（山西西山煤電股份有限公司西銘礦， 山西 太原 030052）

引言

工作面回采巷道在掘進過程中有時必須穿越褶皺、斷層等地質構造帶，而地質構造帶附近煤巖體通常較為破碎，當巷道穿越構造帶影響區時極易較大變形，導致巷道支護困難，嚴重威脅著工作面安全正常回采[1-3]。因此，如何確保工作面回采巷道順利穿越斷層破碎帶，是實現回采巷道快速掘進和提高工作面生產效率的先決條件[4-5]。相關學者和專家對此進行了大量研究，得到了許多有益的科研成果。韋慶亮等通過對工作面斷層破碎帶時頂板應力分析，提出了深淺分帶剛柔耦合注漿的過斷層巷道圍巖控制技術[6]。高杰等基于對過斷層巷道圍巖變形機理的分析，提出了對過斷層巷道進行初次支護和二次支護的分步聯合支護技術[7]。焦振華等模擬研究了開采擾動下工作面過斷層時的動態力學特征，并對工作面礦壓顯現和斷層損傷的互饋機制進行了分析，確定了開采擾動下斷層損傷滑移的主要影響因素[8]。孟麗兵基于3202 綜放工作面實際生產地質條件和F12 正斷層具體參數，提出了“超前加強支護+縮小割煤機截深+臨時支護”的快速過斷層施工方案[9]。因此，基于上述研究成果，結合西銘礦42202 工作面皮帶巷掘進過F215 逆斷層實際工程地質條件，提出了“錨桿+錨索+π 梁+單體支柱”的過斷層補強支護方案，并進行了現場試驗驗證，為西銘礦42202工作面皮帶巷過F215 逆斷層時巷道圍巖變形控制提供技術支持。

1 西銘礦42202 工作面概況

2 號煤層為西銘礦目前主采煤層，其42202 工作面地表位于富家窳村以東，杜兒坪礦以北，蒿地茆村西南，太佳公路以西。42202 工作面蓋山厚度290～438 m，平均厚度 364 m；地面標高 1 390～1 541 m，工作面標高1 095～1 107 m；工作面走向長570 m，傾斜長194 m，面積110 580 m2。42202 工作面井下位于西十二采區左翼，東為42014 采空區，西為西十二集中巷，北為42012 采空區，南鄰西銘礦礦界。42202 工作面布置情況如圖1 所示。

圖1 42202 工作面布置及地質構造圖

42202 工作面煤層厚度為1.80～2.00 m，均厚1.90 m；煤層傾角為2°～6°，平均傾角4°。煤層結構簡單，局部節理發育，為穩定全區可采煤層。煤層巖性如表1 所示。42202 皮帶巷為矩形斷面，尺寸為3 800 mm×2 600 mm，主要用于工作面的運煤及回風。皮帶巷掘進期間需穿越F215 逆斷層，斷層產狀信息和位置分別如表2（見下頁）和圖1 所示。本文針對42202 皮帶巷過F215 逆斷層時圍巖變形情況進行研究。

表1 煤巖巖性

表2 42202 皮帶巷揭露斷層產狀

2 皮帶巷原支護分析

42202 工作面皮帶巷原支護斷面如圖2 所示。皮帶巷頂板采用Φ22 mm×2 500 mm 的左旋無縱肋螺紋鋼錨桿和3 400 mm W 型五眼鋼帶進行聯合支護，頂錨桿間排距為800 mm×1 000 mm；兩肩角錨桿距兩幫距離均為200 mm，與水平向呈75°角布置。皮帶巷兩幫采用Φ22 mm×2 500 mm 的左旋無縱肋螺紋鋼錨桿進行支護，幫錨桿間排距為1 500 mm×1 100 mm，上排距頂板500 mm，下排距底板900 mm。原支護在巷道正常掘進期間對圍巖變形控制效果良好，隨著皮帶巷掘進至F215 逆斷層破碎帶，由于逆斷層破碎帶內煤巖層較為破碎，采用原支護方案對逆斷層破碎帶內皮帶巷支護效果較差，因此需對原支護方案進行優化，以確保皮帶巷順利快速穿越逆斷層破碎帶。

圖2 皮帶巷原支護斷面圖（單位：mm）

3 過斷層支護優化方案

42202 工作面皮帶巷在掘進期間，由F215 逆斷層上盤進入至斷層下盤，因此在較大垂直應力和水平應力雙重作用下，皮帶巷極易出現底鼓[5-7]。而在皮帶巷穿越F215 逆斷層破碎帶期間，由于巷道頂板煤巖層較為破碎，皮帶巷頂板難以形成自支撐結構，頂板遭受較大垂直應力，導致皮帶巷圍巖出現較大變形[9]。針對上述42202 工作面皮帶巷在穿越F215逆斷層破碎帶時的變形破壞特征，本文提出“錨桿+錨索+π 梁+單體支柱”的過斷層補強支護方案。

42202 工作面皮帶巷在穿越F215 逆斷層破碎帶期間巷道斷面仍按矩形斷面掘進，巷道頂板錨桿仍用Φ22 mm×2 500 mm 的左旋無縱肋螺紋鋼錨桿，頂錨桿間排距為800 mm×1 000 mm，兩肩角錨桿距兩幫距離均改為300 mm，與水平向仍呈75°角布置；兩幫采用Φ22 mm×2 500 mm 的左旋無縱肋螺紋鋼錨桿進行支護，幫錨桿間排距為1 500 mm×1 100 mm，上排距頂板500 mm，下排距底板900 mm。頂錨索采用Φ21×8 300 mm 的鋼絞繩，間排距為1 000 mm×1 600 mm；幫錨索采用Φ21 mm×8 300 mm 的鋼絞繩，間排距為1 000 mm×1 600 mm，幫錨索上排和下排距頂板和底板的距離均為800 mm。此外還利用π 型梁和單體支柱對皮帶巷頂板進行支護，左排單體支柱距煤柱幫600 mm，右排單體支柱距工作面幫400 mm，中排單體柱距左右兩側單體支柱的距離分別為1 800 mm 和1 000 mm。過斷層補強支護斷面如圖3 所示。在皮帶巷掘進穿過F215 逆斷層破碎帶且圍巖變形穩定后，將單體支柱和π 型梁拆除。

圖4 皮帶巷補強支護斷面圖（單位：mm）

4 工業性試驗

為了檢驗過F215 逆斷層破碎帶期間巷道補強支護效果，在42202 工作面皮帶巷內設置測點，采用“十字布點法”對皮帶巷掘進過F215 逆斷層破碎帶30 d 內的頂底板和兩幫相對移近量進行監測，監測結果如圖4 所示。

圖4 補強支護后皮帶巷圍巖相對變形量

由圖5 可知，采用“錨桿+錨索+π 梁+單體支柱”的補強支護方案后，42202 工作面皮帶巷掘進過F215 逆斷層破碎帶期間巷道圍巖相對變形量隨觀測時間呈現出先快速增長后趨于穩定的變形趨勢，具體為皮帶巷掘進過F215 逆斷層破碎帶10 d 內巷道頂底板和兩幫相對移近量均快速增大，而在10 d以后巷道頂底板和兩幫相對移近量無顯著變化，且巷道頂底板和兩幫相對移近量最大值分別為104.45 mm 和56.20 mm，表明采用“錨桿+錨索+π 梁+單體支柱”的補強支護方案后對皮帶巷圍巖變形控制效果顯著，確保了皮帶巷掘進和使用安全。

5 結論

1）基于對原支護下42202 工作面皮帶巷掘進過F215 逆斷層破碎帶巷道圍巖變形原因的分析，提出了“錨桿+錨索+π 梁+單體支柱”的補強支護方案。

2）現場試驗結果表明，采用補強支護方案后，巷道頂底板和兩幫相對移近量最大值分別為104.45 mm 和56.20 mm，補強支護方案后對皮帶巷圍巖變形控制效果顯著，確保了皮帶巷掘進和使用安全。