2-208 回風巷斷層區域錨網索注聯合支護技術應用

高 誠

（霍州煤電集團辛置煤礦，山西 霍州 031400）

斷層是地下巖層受力出現斷裂，并沿斷裂結構面發生顯著位移產生的地質構造，斷層構造導致完整、連續的巖層出現斷裂，并由此加劇了巖層的風化和破碎。因此，斷層構造附近圍巖應力環境復雜、巖層完整性和承載能力較差，掘進巷道必會遇見斷層構造。由于煤層埋深的影響，加上本身強度較低，在遇見斷層構造時，其揭露的圍巖整體性較差，圍巖維護極為困難，極易出現片幫、冒頂等事故[1-2]。在煤礦巷道支護領域，目前主要采用錨桿支護、注漿支護和型鋼架棚支護等技術手段。在揭露斷層區域，巷道圍巖完整性較差、應力環境復雜，單一支護不足以實現巷道的穩定控制[3-5]。以辛置煤礦2-208 回風巷揭露多條斷層為工程背景，提出采用錨網索注聯合支護技術實現回風巷的快速掘進和穩定控制。

1 工程概況

2-208 工作面位于二疊系山西組2#煤層，2-208工作面回風巷服務于2-208 工作面，用于回風、輔助運輸。地質資料顯示，工作面開采區域煤層平均厚度4.1 m，平均傾角4°，含2 層夾矸，結構復雜。其直接頂為0～7.5 m（平均3.8 m）厚的灰黑色砂泥巖，基本頂為6～8.2 m（平均7.2 m）厚的灰白色K8 中細砂巖，基本底為4.0～7.8 m（平均5.9 m）厚的灰白色中砂巖。回風巷設計斷面采用矩形斷面，巷道掘進寬度4.1 m，掘進高度3.9 m，設計掘進長度576 m。根據鉆孔探測結果，巷道掘進過程中將陸續揭露F1167、F1166、F1164、F1005 等多條斷層，其中，F1167 和F1166 斷層落差為5 m，嚴重威脅到巷道圍巖的穩定控制。巷道揭露斷層情況見表1。

表1 回風巷揭露斷層情況

2 斷層區域圍巖控制思路和原則

2-208 工作面回風巷掘進揭露多條斷層，其圍巖應力環境復雜，完整性較差，采掘擾動后易出現嚴重變形現象，因此，在斷層影響區域需采用特殊的支護技術。

（1）斷層區域圍巖強化加固思路。受斷層影響，巷道圍巖完整性較差，承載能力較低。為此，可采用破碎圍巖注漿強化的方式，利用注漿材料的粘結性，促使破碎圍巖形成完整結構，從而提高圍巖承載能力。

（2）三高錨桿主動支護原則。大量工程案例表明，錨桿支護具備施工速度快、圍巖控制效果好、成本低的優點，采用具備高強度、高剛度桿體制作的錨桿及其組件，通過施加一定的預緊力，在圍巖內部形成主動承載結構，充分發揮圍巖的自身承載能力。

（3）支護參數合理匹配原則。斷層影響區域采用多種支護方聯合實現對巷道圍巖的穩定控制，根據圍巖自身特點，采用相互匹配的支護參數，促使支護結構和圍巖形成統一承載體，從而實現巷道圍巖的穩定控制。

3 斷層區域錨網索注聯合支護技術

基于2-208 工作面回風巷生產地質條件，結合斷層區域圍巖控制思路和原則，提出斷層區域錨網索注聯合支護方案。巷道為矩形斷面，掘寬4.1 m，掘高3.9 m。巷道支護斷面如圖1，具體技術和參數如下：

（1）斷層區域圍巖強化支護。采用水灰比1:1.5的硅酸鹽水泥進行圍巖注漿強化，利用水泥漿液的粘結性，促使破碎圍巖形成完整結構，從而提高圍巖承載能力。頂板注漿孔長度設計4.0 m，幫部注漿孔長度設計3.0 m，注漿孔直徑設計42 mm，注漿管設計采用PVC 管，頂板注漿管長度設計3.0 m，幫部注漿管長度設計2.5 m，注漿管管徑設計25 mm，間排距1.4 m×1.6 m。具體參數見圖1。

圖1 巷道支護斷面圖

（2）三高錨桿主動支護參數。采用規格為Ф22 mm×L2.4 m 的左旋高強錨桿，配套規格為120 mm×120 mm×12 mm 的蝶形托盤，錨桿間排距設計為0.8 m×0.8m。錨桿采用直徑12 mm 的圓鋼焊接而成的鋼筋梯子梁成排連接，每根錨桿均配套1支K2335 和1 支Z2360 樹脂錨固劑，實現錨桿端部加長錨固，保證錨桿錨固力不低于100 kN，設計錨桿預緊扭矩不低于300 N·m。三高錨桿主動支護在圍巖內部形成主動承載結構，充分發揮圍巖的自身承載能力。頂板采用規格Ф21.8 mm×L7.3 m 的錨索進行加強支護，配套規格300 mm×300 mm×16 mm 的蝶形托盤和專用的高強度鎖具，錨索間排距設計為1.4 m×1.6 m。錨索采用直徑12 mm 的圓鋼焊接而成的雙筋鋼筋梯子梁成排連接，每根錨索均配套1支K2335 和2 支Z2360 樹脂錨固劑，張拉預緊力不低于40 MPa。頂板和幫部均采用10#鐵絲編制的菱形金屬增加支護結構的護表面積，頂網規格為4.1 m×1.0 m，幫網規格3.8 m×1.0 m。采用相互匹配的支護參數（錨網索注參數），促使支護結構和圍巖形成統一承載體，可實現巷道圍巖穩定控制。

4 圍巖控制效果

將設計的斷層區域錨網索注聯合支護方案應用于2-208 回風巷揭露斷層區域（F1167、F1166、F1164、F1005 斷層區域）及兩側各20 m，應用后及時測量巷道變形情況以便優化支護參數。圖2 給出了巷道掘進120 d（4 個月）的巷道圍巖表面變形量。由圖可知，巷道圍巖變形主要發生在巷道掘出80 d 內，80 d 后巷道圍巖變形量趨于平穩。巷道掘出80 d 內，巷道頂底板巖層平均移近速度為2.01 mm/d，巷道兩幫圍巖平均移近速度為1.59 mm/d。此時，巷道頂底板巖層移近量為161 mm，巷道兩幫圍巖移近量為127 mm。掘進穩定后，巷道變形量有所增加，但增加幅度較小。巷道頂底板巖層最大移近量為163 mm，巷道兩幫圍巖最大移近量為137 mm。整體看巷道頂底圍巖變形略大于兩幫圍巖，其兩幫變形滯后于頂底板變形。

圖2 巷道變形情況

綜上所述，巷道變形后的尺寸仍可滿足2-208工作面開采需求，說明了斷層區域錨網索注聯合支護方案合理、可靠。

5 結論

以2-208 回風巷揭露多條斷層為工程背景，提出了斷層區域圍巖控制思路和原則，包括斷層區域圍巖強化加固思路、三高錨桿主動支護原則以及支護參數合理匹配原則。基于此，提出采用錨網索注聯合支護技術用于實現回風巷斷層區域的穩定控制。技術應用后，巷道頂底板巖層最大移近量為163 mm，巷道兩幫圍巖最大移近量為137 mm，實現了試驗巷道的穩定控制，證明了斷層區域錨網索注聯合支護技術的合理性和可靠性。