2061 巷過斷層破碎帶的支護優化

王龍華

（山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦，山西 呂梁 033102)

本文以店坪煤礦2061 巷為例，根據圍巖松動圈理論，對巷道過斷層期間提出了優化支護方法[1-5]，采用“注漿+加長錨桿（索）”聯合支護技術，實現經濟和可靠性的兼顧。

1 概述

山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦2061 巷位于二采區東翼，巷道東部為井田邊界，南部為保護煤柱，西部為二采區大巷，北部為204 采空區。2061 巷設計長度為1724 m，巷道斷面規格為寬×高=4.4 m×2.9 m，巷道掘進煤層為9#層。2061 巷從開口到1190 m 煤厚從2.6 m 逐漸變厚為3.3 m，從1190 m 到1690 m 煤厚從3.3 m逐漸變薄為2.8 m，從1690 m 到切巷煤層逐漸變厚至2.9 m。9#煤層頂底板巖性見表1。

表1 9#煤層頂底板巖性情況表

2061 巷初步支護設計中頂板采用錨桿（索）、金屬網、鋼帶聯合支護，頂板每排布置6 根錨桿，錨桿間距為0.8 m，排距為1.0 m，錨桿外露端安裝一根M 型鋼帶，鋼帶長度為4.2 m，寬度為0.15 m；頂板每排布置3 根單錨索，錨索間距為1.5 m，排距為3.0 m；金屬網采用8#鉛絲編制的菱形網格金屬網，規格為長×寬=5.0 m×1.5 m。

2061 巷采用綜合機械化掘進工藝掘進，截至目前巷道已掘進580 m。根據地質資料，巷道掘進至597 m 處將揭露F5 正斷層，該斷層落差為2.5 m，傾角為52°，斷層對巷道掘進影響長度為40 m（應力區）。巷道掘進至575 m 處時進入斷層應力區，巷道在斷層應力區頂板破碎嚴重，原設計的巷道頂板支護出現失效現象，無法對應力區破碎頂板起到有效的控制作用。

2 斷層破碎區支護優化

根據錨桿（索）支護理論以及圍巖松動圈理論，對應力區巷道圍巖進行深部圍巖注漿加固，配合錨網聯合支護，從而實現經濟可靠的圍巖控制效果。

2.1 注漿加固

（1）注漿加固技術原理。通過對應力區深部圍巖施工注漿孔，并進行高壓注漿，使得注漿材料高壓滲透至裂隙巖內，對裂隙發育巖體進行填充粘接，進行重組，從而降低裂隙擴張破壞以及控制圍巖松動圈范圍擴大，提高整體圍巖力學結構系統穩定性。

（2）注漿設備與材料。采用FBY50/70 型雙液注漿泵進行注漿施工，管路使用高強鍍鋅鋼質注漿管。粘結材料為普通硅酸鹽水泥和水玻璃混合液，水灰比為1:1.2，漿液注速依據管路的具體情況而定。

（3）注漿鉆孔布置。2061 巷掘進至580 m 處時，對頂板施工注漿鉆孔，每排布置三個注漿鉆孔，鉆孔深度為5.0 m，直徑為45 mm，鉆孔間距為1.5 m，所有鉆孔與頂板仰角為50°，兩幫鉆孔與巷幫夾角為60°，注漿鉆孔排距為5.5 m。注漿完成后，要保證裂隙破碎帶注漿加固成為一個整體。

（4）注漿漿液凝結后，使用Ф22 mm×15000 mm 錨索進行深層巖體的錨固，錨索的預應力不低于400 kN。

2.2 “大錨桿（索）+鋼筋網”聯合支護

2.2.1 施工順序

在巷道截割完成后，首先利用錨桿鉆機施工頂錨桿（索），配合鋼筋網進行聯合支護，形成巷道初期的永久支護。再施工預應力錨索，將表層松動圈錨固到圍巖深部，形成組合梁與組合拱，利用圍巖的自身承載力保持巷道的圍巖穩定性。最后對巷道進行噴漿施工，使組合梁組合拱與表層圍巖形成一個強有力的支護整體。

2.2.2 支護參數

（1）頂板鋼筋網。頂板鋪設的鋼筋網規格為長×寬=4.5 m×1.2 m，鋼筋網采用直徑為5 mm 圓鋼編制而成，網格規格為長×寬=80 mm×80 mm。相鄰兩片金屬網搭接寬度為0.2 m，采用8#鉛絲五花連接。

（2）頂板錨桿。頂板大錨桿采用長3.5 m、直徑25 mm 的MSGLW-500 25/3500 加長無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿抗拉強度為500 MPa，延展率為15%，每排布置5 根，錨桿間距×排距=1.0 m×1.1 m；錨桿外露端安裝一根長度為4.2 m五眼“JW”型鋼帶。

（3）頂板錨索。頂板錨索采用長度為8.3 m、直徑為21.8 mm 的SKP22×1/21.8·8300 型高強度低松弛預應力鋼絞線，錨索抗拉強度為860 MPa，延展率大于7%，每排布置2 根，錨索間距為2.5 m，排距為3.3 m；同一排錨索外露端安裝一根長度為3.0 m、寬度為0.18 m 槽鋼并采用高強度鎖具預緊。“注漿+大錨桿（索）”聯合支護斷面、平面示意圖如圖1。

圖1 “注漿+大錨桿（索）”聯合支護斷面、平面示意圖

3 巷道圍巖控制效果分析

在2061 巷過F5 斷層應力影響區每隔10 m 安裝一臺頂板離層觀測儀、一臺巷道位移傳感器，進行30 d 現場觀察分析。優化前后巷道兩幫及頂板變形量對比曲線圖如圖2。

分析圖2 可以看出：采取優化支護方案后，0～19 d，受圍巖塑性變形影響，巷道變形量成直線上升，19 d 后，支護體逐漸發揮了耦合支護作用，控制了圍巖變形。巷道采用傳統錨桿（索）支護時，頂板最大下沉量為0.33 m，兩幫最大移進量為0.47 m；而采用“注漿+大錨桿（索）”聯合支護后，在應力區頂板最大下沉量為0.11 m，比優化前降低了66.7%，兩幫最大移進量為0.17 m，比優化前降低了63.8%。支護優化后，大大降低巷道圍巖變形程度，提高了巷道圍巖的穩定性，支護效率比原傳統方法提高了17.6%，材料人工成本減小了29.7%，實現了降本增效的發展理念。

圖2 優化前后巷道兩幫及頂板變形量對比曲線圖

4 結語

針對2601 巷掘進過斷層破碎帶期間原巷道支護復雜、支護勞動強度大、支護效果差等技術難題，提出了以高強度大錨桿（索）聯合支護為核心，輔以巷道圍巖深孔注漿加固技術，有效控制了應力區圍巖變形、破碎、冒落等現象，提升了應力區頂板支護安全性能，成功實現了安全穩定、經濟可靠的圍巖控制效果。