干河煤礦三采區輔助運輸巷過斷層技術研究

劉永瑞

（山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 洪洞 041600）

1 工程概況

干河煤礦三采區輔助運輸巷掘進工作面東北是三條開拓大巷，西南是變電所，東西兩側均是實體煤，東南側施工至2-118采空區附近。大巷設計掘進長度1700 m，工作面為1#煤。1#煤層結構簡單，煤厚0.4～1.15 m，平均0.78 m，預計坡度為2°～8°。

輔助運輸巷掘進工作面為直墻半圓拱形，掘寬為5.0 m，掘高為 4.2 m，掘進斷面面積18.3 m2；凈寬4.6 m，直墻凈高1.6 m，半圓拱半徑2.3 m，凈斷面面積15.66 m2。煤層基本頂為3.12 m厚的K8中粒砂巖，直接頂為4.96 m厚的砂質泥巖，直接底為4.6 m厚的泥巖，基本底為3.63 m厚的K7中粒砂巖。大巷掘進過程中將揭露一斷層，因斷層會對巷道圍巖的穩定性造成一定影響，為保證大巷的順利掘進，需制定合理的過斷層方案。

2 斷層特征及過斷層方案

2.1 斷層特征

輔助運輸巷在現掘進工作面迎頭前方有一斷層，為探究斷層的具體構造特征，在工作面打一鉆孔，對其內部構造進行探測。鉆孔深12 m，鉆孔位置在迎頭巷道右幫距底板1 m位置處，與巷道走向夾角為80°。鉆孔位置與探測結果如圖1。

圖1 鉆孔探測圖

根據檢測結果可知：輔助運輸巷工作面迎頭前方10 m處，存在有一落差約為15 m、傾角約為66°、破碎帶寬度約為5～7 m的正斷層[1]。由于輔助運輸巷是由斷層上盤進入到斷層下盤的，巷道底板先經過斷層，而后頂板再通過斷層，所以巷道經過斷層時易發生底板塌陷現象，需先對底板進行加固。當巷道頂板通過斷層時，易發生冒頂現象[2]，且由于斷層內圍巖較破碎、強度較低，因此需要加強支護，以保證輔助運輸巷能夠順利地通過斷層。

2.2 過斷層方案

由于斷層處圍巖較為破碎，為增加其穩定性，需要通過注漿對其進行加固。根據上述分析的斷層構造特征，設計“預注漿+巷道掘進+巷道支護+監測監控+補強支護”的過斷層方案。

（1）預注漿。注漿可以加固破碎的圍巖，通過注漿錨桿，漿液滲透入孔裂隙中將破碎的巖塊凝結成為一個完整的圍巖體[3]，提高圍巖體的整體性和穩定性。

（2）巷道掘進。由于斷層帶圍巖較破碎、完整性較差，因此可采用綜掘法開挖巷道。

（3）巷道支護。為保證更好的支護效果，采用“噴砼+錨桿（索）+金屬網+鋼絲繩”的方式對巷道進行支護。

（4）監測監控。在施工過程中，要對巷道圍巖的變形以及礦壓進行實時監測，實時掌控巷道圍巖的穩定性特征，保證巷道的安全穩定。

（5）補強支護。通過施工過程中的現場情況，以及巷道圍巖監測結果，在支護強度弱的位置需要補強支護，以保證巷道圍巖的穩定性。

3 施工工藝及效果分析

3.1 施工工藝

由于遠離斷層帶位置巷道圍巖完整性較好、強度較高，但斷層區域內圍巖較破碎、強度低，因此在設計施工工藝時應對二者進行區別?？煞譃榫嚯x斷層帶5 m之外區域和距離斷層內5 m之內區域，二者施工工藝的區別主要體現在巷道掘進方式及支護設計方面。巷道施工工藝如圖2。

圖2 施工工藝圖

（1）預注漿

預注漿是指在巷道掘進之前對圍巖體進行注漿，不僅可以填充圍巖中的孔隙和裂隙，使破碎的圍巖體凝結成為一個整體，而且還能起到封堵地下水的作用[4]。預注漿范圍為斷層帶前后5 m范圍內，注漿錨桿長度2 m，直徑20 mm，打設在巷道一周，與水平方向夾角分別為15°和45°交叉循環布置，間距400 mm，排距1.4 m，所注漿液為水灰比為0.5的水泥漿液。

（2）掘巷

由于斷層圍巖較破碎、整體性差，可使用綜掘機掘進巷道。

（3）噴砼

采用強度 C25的混凝土，分3次噴砼，初噴70 mm，二噴60 mm，三噴70 mm，三次共200 mm。在巷道開挖后進行初次噴砼，錨桿及鋼筋網支護后二次噴砼，二循環支護后進行第三層噴砼。

（4）錨桿（索）支護

錨桿（索）支護分為兩個循環。第一循環采用直徑22 mm、長度2.6 m的錨桿，間距1600 mm。第二循環采用直徑為20 mm、長度為2.2 m的錨桿，間距1600 mm，交叉布置在一循環錨桿間。錨桿排距800 mm，錨桿之間用直徑為6 mm的鋼絲繩連接，鋼絲繩連接錨桿并將鋼筋網固定在圍巖上。

錨索采用直徑17.8 mm、長度7.4 m的鋼索，錨索間距取2.4 m，排距取1.6 m，每個斷面布置兩根。輔助運輸巷的支護方案如圖3。

圖3 支護方案圖

（5）金屬網

金屬網使用的鋼筋是直徑為6.5 mm的圓鋼，網格尺寸100 mm×100 mm，焊接尺寸900 mm×900 mm。

（6）注漿

每個斷面布置五個注漿孔，位置分別為：頂板中心、肩部兩側和巷幫兩側。頂部注漿錨桿位于頂板中心，并與頂板垂直；肩部注漿錨桿在距離底板3 m位置處，與底板夾角為50°；幫部注漿錨桿在距離底板1.5 m處，并與巷幫垂直。注漿孔深設計為3 m，其中注漿段2.5 m，封孔段0.5 m。注漿管徑為2.5 cm，孔排距為3 m，水灰比為0.5，注漿壓力為3 MPa。

（7）卸壓槽

為減小圍巖應力，在巷道中布置3個卸壓槽[5]，其中兩幫各一個，底板中間一個。卸壓槽深度0.6 m，寬1 m，其中巷幫的卸壓槽在直墻內寬0.7 m，直墻外延伸寬0.3 m。

（8）監測監控

為監測圍巖變形情況，在輔運巷穿越斷層處及距離斷層10 m處各安置1個測站，每個斷面分別在巷道兩幫、頂底板位置共設置4個監測測點，安裝數顯收斂計對圍巖變形進行監測。

（9）補強支護

在圍巖變形較大的地方，可適當增加錨桿（索）支護及注漿加固。

3.2 效果分析

為驗證過斷層方案的合理性，掌握巷道圍巖的變形情況，利用上述安裝的監測系統，每天對監測結果進行記錄。結果顯示，在穿越斷層位置處巷道圍巖變形最為明顯。監測結果如圖4。

圖4 監測結果圖

由監測結果可知：

（1）隨著大巷的掘進，圍巖變形量先快速增長，后增長速度逐漸減小，最后在10 d左右趨于平緩。

（2）頂底板變形量較大，巷幫變形較小，說明圍巖變形主要以頂底板變形為主，頂板下沉量小于100 mm，底鼓量最大但小于150 mm，說明支護方案實施效果較好，穩定性滿足要求。

4 結論

針對斷層構造特征，提出干河煤礦三采區輔助運輸巷過斷層方案，確定合理的過斷層施工工藝，圍巖表面變形。監測結果顯示，斷層位置處圍巖表面均未產生過大變形量，圍巖穩定性得到了有效保障。