梅花井礦232204工作面運輸巷過斷層的圍巖控制技術研究

胡平 黃輝 張森 孫昊 黃海鵬

摘 要：梅花井礦232204綜采工作面運輸巷回采過DF3正斷層期間，運輸巷頂板下沉量大，同時存在幫鼓、底鼓的現象，嚴重影響正常回采。本文以運輸巷回采過DF3正斷層為工程研究對象，結合現場地質條件，提出運輸巷過斷層期間的圍巖控制技術措施，并以巷道變形量作為評價指標判斷圍巖控制技術措施是否有效。研究結果表明，采用中空注漿錨索對運輸巷圍巖進行預注漿后，當工作面推進至該位置時，其巷道變形量明顯小于同等條件下未注漿的巷道;在注漿后的巷道位置處，根據實際情況架設“一梁二柱”“一梁三柱”，加強對頂板的支護，該處頂板下沉情況得到有效控制。

關鍵詞：綜采工作面;斷層破碎帶;圍巖控制;中空注漿錨索;架棚支護

中圖分類號：TD353文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）03-0069-03

Research on Surrounding Rock Control Technology of Transport

Lane Crossing Fault in 232204 Working Face of Meihuajing Mine

HU Ping1 HUANG Hui2 ZHANG Sen2 SUN Hao2 HUANG Haipeng2

（1. China Energy Ningxia Coal Industry Co.， Ltd.，Yinchuan Ningxia 750002;2. Meihuajing Coal Mine， China Energy Ningxia Coal Industry Co.， Ltd.，Lingwu Ningxia 751400）

Abstract： During the stoping of the transportation lane of Meihuajing Mine's 232204 fully mechanized mining face through the DF3 normal fault， the roof of the transportation lane sank a lot， and at the same time there were bulges and floor heaves， which seriously affected normal mining. This paper took the transportation roadway through DF3 normal fault as the engineering research object， combined with the site geological conditions， proposed the surrounding rock control technical measures during the transportation roadway crossing the fault， and used the roadway deformation as an evaluation index to judge whether the surrounding rock control technical measures are effective. The research results showed that after pre-grouting the surrounding rock of the transport road with hollow grouting anchor cable， when the working face advanced to this position， the roadway deformation was significantly less than that of the roadway without grouting under the same conditions; at the location of the roadway after grouting， "one beam and two columns" and "one beam and three columns" were erected according to the actual situation to strengthen the roof support， and the roof subsidence at this place was effectively controlled.

Keywords： fully mechanized mining face;fault fracture zone;surrounding rock control;hollow grouting anchor cable;shed support

斷層是煤炭回采時的常見地質構造，回采巷道掘進過斷層期間，圍巖破碎、導水、局部區域構造應力集中等因素是制約巷道掘進安全的主要威脅[1-2]。眾多研究者和現場技術人員對回采巷道過斷層掘進技術、圍巖控制技術等展開研究，針對綜掘、炮掘、綜掘+炮掘等掘進方案中的圍巖控制，提出以超前注漿、布置管棚、架棚支護和錨網索支護等為主的控制措施[3-5]。本研究以梅花井礦232204綜采工作面運輸巷過DF3正斷層為工程實例，在巷道圍巖破碎帶內采用以中空注漿錨索+錨桿支護為主的圍巖控制措施，在構造應力集中、圍巖控制困難區域采用架棚支護方式控制圍巖，現場應用取得顯著成果。

1 工程概況

232204綜采工作面為23采區2煤第二個工作面，開采2#煤層底板標高為+659～+765 m，對應地面標高為+1 353～+1 381 m。北邊與232201回采工作面（正在回采）留有30 m保護煤柱;南邊以DF3正斷層為界;東邊為實體煤（21采區范圍）;西邊以設計停采線為界;回采范圍內上覆無可采煤層，下伏3煤未采動。232204綜采工作面走向推進長度為1 616 m，斜長為302.7 m。采區2煤層平均厚度、傾角分別為5.46 m、5.6°，賦存穩定。具體煤層頂底板巖性如表1所示。2煤頂底板巖性參數如表1所示。

232204綜采工作面運輸巷沿著2煤底板掘進，設計掘進距離為1 616 m，斷面為半圓拱形，采用綜掘方式掘進，掘進斷面積為19.91 m2，凈斷面積為17.3 m2，巷道凈寬、凈高分別5 200 mm和37 00 mm。前期地質勘探資料顯示，輔運巷旁為DF3正斷層，受斷層影響，巷道圍巖破碎，如何實現輔運巷平穩、安全過DF3正斷層是運輸巷掘進時需要解決的現實問題。232204運輸巷與DF3正斷層位置關系如圖1所示。

2 運輸巷過斷層圍巖控制技術

受DF3正斷層和圍巖破碎影響，錨桿、錨索錨固端破碎，無法提供較高的錨固力，從而降低錨網索支護效果。結合以往研究成果以及礦井過斷層技術經驗，本研究提出采用中孔注漿錨索加固巷道圍巖，并采用架棚方式控制巷道頂板。

2.1 斷層破碎帶注漿加固

2.1.1 錨桿支護參數。232204運輸巷正常掘進期間采用錨桿、表層噴漿方式支護圍巖，采用的錨桿均為規格[Φ]20 mm×2 500 mm的螺紋鋼錨桿。巷道拱部單排布置11根錨桿，按照800 mm×800 mm間排距布置;幫部單排布置2根錨桿，按照600 mm×800 mm間排距布置，其中最下側錨桿（靠近底板位置）有30°外插角。232204運輸巷錨桿支護設計如圖2所示。

錨桿支護完成后，巷道拱部及幫部噴射厚度100 mm的C30混凝土。為了確保巷道底板平整，在底板上砌筑厚度250 mm的C30混凝土地坪，并在混凝土層布置一層金屬網增加混凝土地坪強度。

2.1.2 中空注漿錨索注漿。受DF3正斷層影響，巷道圍巖破碎，若單純采用錨桿+噴漿支護方式，受圍巖破碎影響，錨桿支護效果會顯著降低。為此，采用中孔注漿錨索加固斷層破碎帶圍巖。具體采用的錨索規格為[Φ]21.8 mm×5500 mm（1×8股），結構如圖3所示。

巷道頂板、巷幫按照1 600 mm×1 600 mm間排距施工。注漿錨索施工采用錨固劑，一支為MSK2355型，一支為MSZ2355型，錨固后施加的錨固力超過200 kN，錨索托盤為規格[δ]14 mm×300 mm×300 mm，錨索端部外露長度為150～250 mm，具體注漿錨索技術參數如表2所示。

為了提高圍巖加固效果，注漿選用化學漿液（馬麗散），注漿壓力控制在5 MPa，簡單來說，中空注漿錨索施工流程為：錨索鉆孔鉆進→插入錨索（端頭錨固）→安裝止漿塞、鎖具及托盤→張拉錨索→化學注漿。注漿錨索鉆孔施工采用MQT-130型鉆機施工，鉆孔孔徑為32 mm，錨索張拉設備型號為MQZZ-450-45。

2.2 架棚支護

232204運輸巷采用錨桿+中空注漿錨索支護后，人們要根據巷道圍巖變形情況，采取后續的架棚支護措施。在構造應力不集中、圍巖變形量較小的區域，巷道不布置架棚;但是，當局部區域巷道圍巖變形嚴重時，采用π型鋼梁（長2.0 m/2.5 m）、單體液壓支柱（型號DWX35-160/110XL）構成架棚支護圍巖。

人們要根據圍巖變形情況，選用“一梁二柱”或者“一梁三柱”支護形式：采用“一梁二柱”時，架棚排距為800 mm，間距為1 500 mm;采用“一梁三柱”時，架棚排距為800 mm，間距分別為400 mm和1 200 mm。

2.3 圍巖控制效果

在DF3正斷層圍巖破碎帶內，運輸巷采用錨索注漿、架棚支護等方式，有效確保了巷道圍巖穩定。雖然局部位置受到構造影響、圍巖破碎等因素影響，圍巖變形量較大，但是采用的架棚支護方式能夠形成巷道通風、行人通道，且架棚支護完成后巷道圍巖變形未再增加。具體運輸巷圍巖控制效果如圖4所示。

3 結論

232204綜采工作面運輸巷掘進受到DF3斷層的明顯影響，巷道掘進范圍內局部區域構造應力集中、圍巖破碎，給巷道圍巖控制帶來顯著的不利影響。為了保證巷道圍巖穩定，本文提出采用中空錨索注漿方式加固斷層破碎帶圍巖，局部構造應力集中、圍巖控制難度大的區域采用架棚支護方式。現場應用后，注漿加固段頂底板、巷幫圍巖變形量均控制在100 mm以內;構造應力集中導致架棚支護段圍巖變形量較大，但是通過架棚支護后，其仍可滿足行人、通風需要。

參考文獻：

[1]趙鵬.掘進巷道遇斷層冒頂處置探究[J].能源與節能，2020（11）：17-18.

[2]甄鵬.掘進巷道破碎頂板安全支護裝置應用[J].能源與節能，2020（11）：189-190.

[3]唐輝雄，許雄鷹.過斷層破碎帶巷道圍巖控制技術研究[J].煤炭技術，2020（11）：38-41.

[4]范文生，王眾.巷道破碎頂板注漿加固技術研究[J].山西焦煤科技，2020（10）：25-28.

[5]馬震.斷層構造影響帶巷道全錨索支護技術[J].能源與環保，2020（9）：244-249.