11201運(yùn)輸巷斷層構(gòu)造帶圍巖控制技術(shù)研究

楊樹(shù)峰

（潞安化工集團(tuán)潞寧孟家窯煤業(yè)有限公司，山西 寧武 036700）

我國(guó)煤礦以井工開(kāi)采為主，需要在地下開(kāi)拓大量的巷道。由于煤層賦存條件的復(fù)雜多變，在巷道開(kāi)拓過(guò)程中常常會(huì)遇到斷層、褶曲、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造，地質(zhì)構(gòu)造的存在導(dǎo)致了巷道圍巖環(huán)境復(fù)雜，給巷道維護(hù)帶來(lái)一定的挑戰(zhàn)。當(dāng)巷道掘進(jìn)遇到斷層構(gòu)造時(shí)，斷層導(dǎo)致地下巖層巖體破碎嚴(yán)重、存在應(yīng)力集中區(qū)域，當(dāng)巷道掘進(jìn)時(shí)，受掘進(jìn)擾動(dòng)的二次影響，應(yīng)力環(huán)境愈加復(fù)雜，巷道圍巖環(huán)境也愈加復(fù)雜，巷道維護(hù)相對(duì)困難，為此開(kāi)展了孟家窯礦11201運(yùn)輸巷斷層構(gòu)造帶控制技術(shù)研究[1-5]。

1 工程概況

11201工作面位于+1300 m水平11采區(qū)，地面標(biāo)高1751～1801 m，井下標(biāo)高1370～1531 m。工作面為一單斜構(gòu)造。工作面上部（西北部）為11采區(qū)11203采空區(qū)，下部（東南部）為南翼軌道運(yùn)輸大巷，東北部為4#中部車(chē)場(chǎng)、11采區(qū)軌道運(yùn)輸上山，西南角為馬連溝2005年采空區(qū)。工作面開(kāi)采煤層厚度在2.0～4.1 m范圍，平均厚度3.3 m，煤層傾角20°～29°，平均傾角23°。煤層含0～1層夾矸，節(jié)理、內(nèi)生裂隙不發(fā)育。偽頂巖性為泥巖，黑色，薄層狀，厚0.0～0.5 m，屬軟巖；直接頂主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖，局部為粉砂巖、細(xì)粒砂巖，厚3.3～5.4 m，屬于不穩(wěn)定-中等穩(wěn)定頂板巖層；基本頂為中、細(xì)粒砂，厚度4.5～7.9 m，屬于穩(wěn)定頂板巖層；直接底巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖及粉砂巖等，厚度及巖相變化較大；基本底主要為粗、中、細(xì)粒砂巖，厚度及巖相變化較大，規(guī)律極不穩(wěn)定。11201運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1165 m，沿2#煤底板掘進(jìn)，巷道為梯形斷面，凈寬5.0 m，凈高4.0 m，上幫4.9 m，下幫3.2 m。根據(jù)采掘規(guī)劃和礦井鉆孔資料，巷道掘進(jìn)過(guò)程中將陸續(xù)揭露17條斷層構(gòu)造，斷層構(gòu)造相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 斷層構(gòu)造相關(guān)參數(shù)

2 斷層構(gòu)造帶圍巖控制技術(shù)

2.1 斷層構(gòu)造帶圍巖控制思路與原則

斷層構(gòu)造帶導(dǎo)致圍巖體破碎，承載能力較低，應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，巷道維護(hù)相對(duì)困難，需采用必要的圍巖主動(dòng)控制技術(shù)，保證巷道在服務(wù)期的安全穩(wěn)定。在開(kāi)發(fā)控制技術(shù)之前，首先提出斷層構(gòu)造帶主動(dòng)控制思路與原則，具體如下：

（1）破碎圍巖注漿強(qiáng)化原則。在圍巖破碎嚴(yán)重的區(qū)域通過(guò)破碎圍巖注漿改性，改變破碎圍巖的力學(xué)性質(zhì)，提高圍巖自身的承載能力，促使圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)形成統(tǒng)一承載結(jié)構(gòu)。

（2）高預(yù)緊力強(qiáng)主動(dòng)控制原則。采用高預(yù)緊力作為主動(dòng)控制原則，采用高剛度、高強(qiáng)度的錨桿索等支護(hù)材料，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的支護(hù)技術(shù)和參數(shù)，促使巷道圍巖形成強(qiáng)主動(dòng)承載結(jié)構(gòu)。

（3）充分發(fā)揮堅(jiān)硬頂板巖層承載性能。工作面直接頂為3.3～5.4 m的泥巖、砂質(zhì)泥巖巖層，承載能力較低，基本頂為4.5～7.9 m的中、細(xì)粒砂巖巖層，具有良好的承載能力，采用加長(zhǎng)錨索將強(qiáng)主動(dòng)承載結(jié)構(gòu)錨固至堅(jiān)硬的基本巖層承載層，充分發(fā)揮基本頂巖層的承載性能。

2.2 斷層構(gòu)造帶圍巖控制技術(shù)

（1）破碎圍巖注漿技術(shù)參數(shù)

采用水灰比1:1.5的普通硅酸鹽水泥漿液，注漿孔規(guī)格為Ф42 mm×L4.0 m，注漿管規(guī)格為Ф25 mm×L2.5 m，注漿壓力2.5 MPa，間排距1.6 m×3.0 m。巷道注漿斷面圖如圖1。

圖1 巷道注漿斷面圖

（2）錨桿支護(hù)技術(shù)參數(shù)

① 錨桿規(guī)格及其布置。全斷面共布置錨桿16根，頂板布置6根，規(guī)格為Φ22 mm×L2400 mm的高強(qiáng)度無(wú)縱筋左旋螺紋鋼錨桿，間排距為900 mm×1000 mm；左幫布置4根錨桿，從上到下依次為1根規(guī)格為Ф22 mm×L2400 mm的高強(qiáng)度無(wú)縱筋左旋螺紋鋼錨桿，3根規(guī)格為Ф20 mm×L2000 mm的玻璃鋼錨桿，間排距為900 mm×1000 mm；右?guī)筒贾?根錨桿，從上到下依次為3根規(guī)格Ф22 mm×L2400 mm的高強(qiáng)度無(wú)縱筋左旋螺紋鋼錨桿，2根規(guī)格為Ф20 mm×L2000 mm的玻璃鋼錨桿，1根規(guī)格為Ф22 mm×L2400 mm的高強(qiáng)度無(wú)縱筋左旋螺紋鋼錨桿，間排距為850 mm×1000 mm。

② 鋼筋托梁。錨桿配套14 mm的鋼筋焊接而成的鋼筋托梁，頂板鋼筋托梁規(guī)格寬度80 mm、長(zhǎng)度4700 mm，右?guī)筒射摻钔辛阂?guī)格寬度80 mm、長(zhǎng)度1900 mm。

③ 網(wǎng)片。頂板采用機(jī)制金屬網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格為40 mm×40 mm，網(wǎng)片規(guī)格5500 mm×1000 mm，幫部采用機(jī)制尼龍網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格40 mm×40 mm，左幫網(wǎng)片規(guī)格3000 mm×1000 mm，右?guī)途W(wǎng)片規(guī)格4700 mm×1000 mm。

④ 托板。采用規(guī)格120 mm×120 mm×10 mm的拱型高強(qiáng)度托盤(pán)，拱高大于36 mm，承載能力不低于190 kN。

⑤ 錨固方式。每根錨桿采用1支K2335、1支Z2360樹(shù)脂藥卷錨固。

⑥ 錨桿預(yù)緊力。錨桿預(yù)緊力≥300 N·m。

（3）錨索支護(hù)技術(shù)參數(shù)

① 頂板采用錨索加強(qiáng)支護(hù)，布置方式為“323”，規(guī)格為Ф18.9 mm×L6300 mm的1/7股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，每排兩根錨索的間距1800 mm，每排三根錨索的間距1350 mm，排距2000 mm。

② 錨索托板。錨索托板規(guī)格為300 mm×300 mm×16 mm。

③ 錨固方式。每根錨索用1支K2335、2支Z2360樹(shù)脂藥卷錨固。

④ 預(yù)緊力。錨索初次張拉大于240 kN，錨索預(yù)應(yīng)力損失完成后達(dá)到200～250 kN。

巷道支護(hù)斷面圖如圖2。

圖2 巷道支護(hù)斷面圖

3 圍巖控制效果分析

將開(kāi)發(fā)的斷層構(gòu)造帶圍巖控制技術(shù)應(yīng)用于11201運(yùn)輸巷，同時(shí)監(jiān)測(cè)了巷道掘進(jìn)過(guò)程中的變形情況，如圖3。由圖可知，巷道變形主要發(fā)生在掘進(jìn)72 d內(nèi)，該階段巷道頂板累計(jì)變形161 mm，底板累計(jì)變形190 mm，左幫累計(jì)變形91 mm，右?guī)屠塾?jì)變形127 mm。之后，巷道圍巖變形逐漸趨于穩(wěn)定，巷道掘出110 d后，頂板累計(jì)變形167 mm，底板累計(jì)變形196 mm，左幫累計(jì)變形103 mm，右?guī)屠塾?jì)變形130 mm。整體看，巷道底鼓量相對(duì)最大，右?guī)妥冃未笥谧髱妥冃巍＞C上所述，開(kāi)發(fā)的斷層構(gòu)造帶圍巖控制技術(shù)有效保證了11201運(yùn)輸巷的圍巖穩(wěn)定，證明了技術(shù)和參數(shù)的合理性和可靠性。

圖3 巷道掘進(jìn)過(guò)程中的變形情況

4 結(jié)論

11201運(yùn)輸巷掘進(jìn)揭露多條斷層構(gòu)造，為此，提出了破碎圍巖注漿強(qiáng)化、高預(yù)緊力強(qiáng)主動(dòng)控制、充分發(fā)揮堅(jiān)硬頂板巖層承載性能的斷層構(gòu)造帶圍巖控制思路與原則，開(kāi)發(fā)了以注漿支護(hù)配合錨桿（索）支護(hù)的斷層構(gòu)造帶圍巖控制技術(shù)。巷道變形監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，巷道掘出110 d后圍巖變形趨于穩(wěn)定，頂板累計(jì)變形167 mm，底板累計(jì)變形196 mm，左幫累計(jì)變形103 mm，右?guī)屠塾?jì)變形130 mm，巷道底鼓量相對(duì)最大，右?guī)妥冃未笥谧髱妥冃巍Ｕw看巷道變形量均在可控范圍內(nèi)，表明開(kāi)發(fā)的技術(shù)和參數(shù)實(shí)現(xiàn)了孟家窯礦11201運(yùn)輸巷的圍巖穩(wěn)定控制。