掘進巷道過斷層支護工藝優化

趙鴻亮，黨 其

（1.晉能控股煤業集團恒泰皇后煤礦，山西 陽泉 045100；2.山西煤炭運銷集團科學技術研究有限公司，山西 太原 030006）

煤層中存在斷層會導致煤巖層的整體性遭到破壞，巖層面的穩定性下降等問題。在掘進工作面推進到斷層附近時，斷層附近巖層穩定性下降，使得斷層上下盤附近的煤壁在構造應力、原巖應力及重力的作用下出現頂板冒落、底板鼓起、煤壁垮落、頂板下沉現象。如采用傳統的單一錨桿支護方式已經不能滿足支護要求，斷層附近的煤壁破壞現象仍然嚴重，支護效果差則常表現在錨桿錨固不可靠、錨桿對破碎煤壁不起作用上。隨著工作面的繼續推進，斷層帶附近的壓力繼續增大，當頂板巖層等巖石開裂嚴重且支護無法滿足支撐要求時，就會導致掘進工作面出現頂板呈層狀破碎，而且還會向工作面頂板底板的深處延伸，最終造成工作面大面積塌方。

1 工作面概述

晉能控股煤業集團恒泰皇后煤礦15108回風順槽位于井田一采區，巷道北部為15102工作面采空區，東邊與軌道運輸上山、膠帶運輸上山、回風上山相連，南邊為15104工作面采空區，西邊為礦界。

15108回風順槽設計長度為946 m，巷道設計斷面規格為寬×高=4.6 m×3.1 m，巷道掘進煤層為15號煤層，平均厚度為7.5 m。15號煤層偽頂為薄層泥巖，在開采過程中隨采隨落；老頂為K2石灰巖，屬堅硬巖石，質地堅硬，裂隙不發育，不易垮落。15號煤層頂板為石灰巖，抗壓強度為67.30 MPa，抗拉強度為3.74 MPa，屬堅硬巖。底板為砂質泥巖，抗壓強度為10.00 MPa，抗拉強度為1.06 MPa，屬軟巖。施工巷道從回風上山開口沿15號煤層底板掘進，截止目前巷道已掘進540 m。

根據礦地測科鉆探資料發現，15108回風順槽掘進區域整體地質構造相對簡單，主要以落差在2.0m以下的小斷層為主。其中位于巷道547 m處的F3正斷層落差為1.7 m，平均傾角為62°，該斷層對巷道掘進影響較大，巷道掘進至535 m處時頂板出現局部破碎現象，當巷道掘進至540 m處時頂板破碎嚴重，頂板支護困難、支護效果差，嚴重制約著巷道安全的高效掘進。

2 斷層應力區頂板支護優化

通過現場對應力區頂板施工窺視孔觀察發現，應力區頂板巖體破碎相對嚴重，在540 m處頂板巖體破碎深度達2.8 m。隨著巷道掘進逐漸與F3斷層接近，預計頂板破碎深度會進一步擴大，傳統錨桿（索）支護達不到預期支護效果，因此通過研究決定對F3斷層影響區（長度為15 m）支護進行優化，采用“加長錨桿+聯鎖組合錨索”聯合支護技術。

1）聯鎖組合錨索主要由4根長度及直徑分別為8.3 m、21.6 m的高預應力錨索，2根長度及直徑分別為3.5 m、22 m的左旋無縱筋螺紋鋼加長錨桿，以及一根長度為4.4 m，寬度為0.5 m，厚度為3.5 mm的“JW”型鋼板組成（如下頁圖1）。

圖1 15108回風順槽斷層應力區頂板聯合支護平面示意圖（mm）

2）在JW型鋼板四周、中部及距兩段0.3 m的位置各鉆一個圓孔，圓孔的直徑設計為25 mm，同時在鋼板兩邊施工兩個圓孔，圓孔的直徑設計為22 mm。

3）當掘進工作面推至斷層帶附近時，采用MT-130型鉆機在頂板距巷幫0.35 m處各施工一個加長錨桿支護鉆孔，鉆孔深度為0.35 m，直徑為28 mm。鉆孔施工完后對鉆孔內依次填裝錨桿及加長錨桿，并進行錨固預緊，錨固后錨桿外露長度控制在10~50 mm范圍內。

4）加長錨桿錨固后將“JW”型鋼板安裝在錨桿外露端，并采用拱形墊片、螺母進行預緊，預緊力不得低于400 N·m，預緊后必須保證鋼板與頂板接觸嚴實。

5）待鋼板與頂板全部固定后，施工人員要在鋼板的中部預留孔的位置施工5個錨索鉆孔，鉆孔的深度為8.3 m,鉆孔施工到位后依次對鉆孔內填裝錨固劑及恒阻錨索并進行錨固，錨固后在錨索外露端安裝一塊長度及寬度均為0.5 m的鋼托板，并采用鎖具進行預緊。

6）施工人員在完成第1組聯鎖組合錨索后依次安裝第2組，相鄰聯鎖組合錨索布置間距為1.0 m。為了提高組合錨索聯鎖保護作用，在相鄰兩組組合錨索之間安裝兩組圓鋼托架，圓鋼托架的長度為1.0m，直徑為30 mm。

7）為了防止構造應力在頂板裂隙處產生卸壓破壞作用，所有聯鎖組合錨索施工完畢后，需在頂板處施工卸壓鉆孔進行應力卸壓作用，每排布置1個，鉆孔深度為5.0m，直徑為50mm，卸壓孔布置間距為5.0m。

3 應用效果

1）15108回風順槽應力破碎區長度為15 m，破碎區共計安裝了16組組合錨索，根據統計計算每塊組合錨索成本費用為0.47萬元，若采用傳統的支護方式，應力破碎區共需支護80根錨桿、30根錨索、20卷金屬網，局部還需注漿施工，支護成本費用為2.7萬元。支護優化后大大降低了破碎頂板支護成本費用。

2）通過采用鋼板與組合錨索對頂板進行支護，不僅能夠有效地對破碎頂板起到支撐懸吊，還能夠使每個組合錨索懸板的支護面積達到6.3 m2，而且該組合錨索采用的預應力鋼絞線的長度為8.3 m，這個長度已經完全能夠與原巖石錨固。施工人員在安裝完成后通過近兩個月的時間對頂板的下層情況進行觀察，巷道頂板未出現大面積破碎、冒落現象。

3）施工人員采用聯鎖保護裝置將相鄰組合錨索進行連接，起到了有效確保聯鎖的作用，同時通過對頂板施工卸壓，避免了因頂板應力集中顯現所導致的頂板巖體裂隙擴張，大大提高了頂板支護效果。

4 結語

要進一步提高巷道應力區圍巖控制效果，必須根據掘進巷道地質條件、支護工藝等，對原支護存在的問題以及支護效果的影響因素進行合理分析，并根據實際生產情況進行合理優化。只有這樣才能提高應力區圍巖的穩定性及支護質量，從而有效防止因圍巖失穩而發生的煤礦安全事故。