馬蘭礦28311 軌道巷斷層帶區(qū)域性支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

王 杰

（西山煤電股份有限公司馬蘭礦，山西 古交 030205）

我國煤礦以井工開采為主，需要掘進(jìn)大量的巷道，每年掘進(jìn)巷道長度已達(dá)2 萬km。在巷道掘進(jìn)過程中常常遇到斷層帶、陷落柱等構(gòu)造，受構(gòu)造應(yīng)力影響，巷道揭露的圍巖應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，圍巖體破碎且承載能力低，受采掘擾動后，在應(yīng)力重新分布的作用下，巷道極易出現(xiàn)大變形現(xiàn)象[1-2]。巷道揭露斷層帶時，斷層上、下盤應(yīng)力活化，沿節(jié)理面相互移動，礦壓顯現(xiàn)劇烈，嚴(yán)重時甚至誘發(fā)沖擊地壓等動力災(zāi)害，直接危害到礦井的安全生產(chǎn)[3-5]。本文以馬蘭礦28311 軌道巷揭露斷層帶為工程背景，提出斷層帶區(qū)域性支護(hù)思路和原則，設(shè)計(jì)斷層帶區(qū)域性支護(hù)技術(shù)，并應(yīng)用于現(xiàn)場，為類似斷層帶區(qū)域巷道支護(hù)提供參考。

1 工程概況

28311 軌道巷主要用于輔助運(yùn)輸和通風(fēng)。28311工作面位于910 m 水平北三采區(qū)，工作面地面標(biāo)高1181～1280 m，井下標(biāo)高753.4～793.2 m，走向長390 m，傾斜長131 m。工作面對應(yīng)地表為中山地形，溝谷縱橫，蓋山厚度為407～514 m，平均厚度460 m。采掘工程平面圖如圖1。工作面開采區(qū)域煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，含1～2 層不穩(wěn)定夾矸，煤層厚度在4.02～4.85 m 之間，平均4.39 m，煤層傾角在3°～10°之間，平均5°，屬近水平煤層。基本頂為S2 砂巖，厚度在2.80～4.40 m 之間；直接頂為L1 泥灰?guī)r，厚度在1.40～3.50 m 之間；直接底為粉砂質(zhì)泥巖，厚度在1.70～3.60 m 之間；基本底為粉砂巖，厚度在6.50～10.30 m 之間。28311 軌道巷掘進(jìn)至20 m、46 m、135 m、215 m 時揭露F28311-1、F28311-2、F28311-3、F28311-4 斷層，均為正斷層。其中F28311-1、F28311-2 斷層落差0.4 m，采掘活動對其擾動較小；F28311-3 斷層落差1.1～2.0 m，F(xiàn)28311-4 斷層落差1.4～4.8 m，采掘活動對其擾動較大。為保證28311 軌道巷掘進(jìn)時圍巖的穩(wěn)定控制，在揭露F28311-3、F28311-4 斷層時設(shè)計(jì)采用斷層帶區(qū)域性支護(hù)技術(shù)。

圖1 28311 軌道巷采掘平面示意圖

2 斷層帶區(qū)域性支護(hù)思路和原則

受斷層帶區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力影響，巷道揭露的圍巖應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜、圍巖體破碎且承載能力低，受采掘擾動后，巷道極易出現(xiàn)大變形現(xiàn)象，需采用加強(qiáng)支護(hù)。

（1）斷層帶區(qū)域圍巖注漿改性強(qiáng)化。受斷層帶區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力影響，巷道揭露圍巖遍生裂隙，圍巖體破碎且承載能力低，無法承載圍巖變形，采用破碎圍巖注漿改性強(qiáng)化的方式增強(qiáng)巷道圍巖體強(qiáng)度，將節(jié)理裂隙發(fā)育的破碎圍巖體粘接成整體，提高巷道圍巖自身承載能力。

（2）高強(qiáng)度主動支護(hù)原則。工程實(shí)踐表明，高強(qiáng)度、高預(yù)緊力錨桿（索）支護(hù)可以有效控制巷道變形，且具有施工速度快、成本低的優(yōu)點(diǎn)[6]，因此，在斷層帶區(qū)域圍巖注漿改性強(qiáng)化的基礎(chǔ)上采用高強(qiáng)度、高預(yù)緊力錨桿促使巷道形成主動錨固承載結(jié)構(gòu)，同時利用預(yù)應(yīng)力長錨索將主動錨固承載結(jié)構(gòu)懸吊至堅(jiān)硬巖層，充分發(fā)揮堅(jiān)硬巖層的承載能力。

（3）支護(hù)材料相互匹配。采用與設(shè)計(jì)錨桿（索）相互匹配的托盤、鎖具、錨固劑等支護(hù)構(gòu)件，同時配套性能優(yōu)良的金屬網(wǎng)、鋼帶等支護(hù)材料，充分保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的長時穩(wěn)定。

3 斷層帶區(qū)域性支護(hù)技術(shù)

28311 軌道巷采用矩形斷面，巷道掘進(jìn)寬度為5.6 m，掘進(jìn)高度4.4 m，巷道揭露F28311-3、F28311-4 斷層帶區(qū)域采用錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護(hù)，其他區(qū)域采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)。如圖2。

圖2 斷層帶區(qū)域支護(hù)斷面圖（mm）

3.1 斷層帶區(qū)域支護(hù)技術(shù)與參數(shù)

在巷道揭露F28311-3、F28311-4 斷層帶前后20 m 范圍內(nèi)采用錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護(hù)。

頂錨桿采用直徑22 mm、長度2.4 m 的高強(qiáng)錨桿，每排布置9 根，間排距設(shè)計(jì)0.7 m×0.8 m；幫錨桿采用直徑20 mm、長度2.2 m 的高強(qiáng)錨桿，每排布置6 根，間排距設(shè)計(jì)0.8 m×0.8 m，預(yù)緊扭矩不低于270 N·m；頂錨索采用規(guī)格為直徑21.6 mm、長度7.3 m 的預(yù)應(yīng)力錨索，每排布置3 根，間排距設(shè)計(jì)1.6 m×1.6 m，張拉預(yù)緊力不低于40 MPa。錨桿采用厚度4 mm 的M 鋼帶連接，頂板及幫部金屬網(wǎng)均采用菱形金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)由直徑6.0 mm 的鐵絲編制而成，尺寸分別為5.8 m×0.9 m、4.2 m×0.9 m。頂板及幫部圍巖采用硅酸鹽水泥單液漿進(jìn)行注漿改性強(qiáng)化，水灰比設(shè)計(jì)1:1.5，注漿孔深、注漿管長度分別設(shè)計(jì)4.0 m、2.5 m，頂板和幫部注漿孔間排距分別設(shè)計(jì)為1.6 m×1.6 m、1.8 m×1.6 m，注漿壓力設(shè)計(jì)2.0～3.0 MPa。

3.2 其他區(qū)域巷道支護(hù)技術(shù)與參數(shù)

巷道其他區(qū)域采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)。頂錨桿采用直徑22 mm、長度2.4 m 的高強(qiáng)錨桿，每排布置7 根，間排距設(shè)計(jì)0.8 m×0.8 m；幫錨桿采用直徑20 mm、長度2.0 m 的高強(qiáng)錨桿，每排布置6 根，間排距設(shè)計(jì)0.8 m×0.8 m，預(yù)緊扭矩不低于240 N·m；頂錨索采用直徑18.9 mm、長度6.3 m 的預(yù)應(yīng)力錨索，每排布置2 根，間排距設(shè)計(jì)2.0 m×2.4 m，張拉預(yù)緊力不低于40 MPa。錨桿采用厚度3 mm 的M 鋼帶連接，頂板及幫部金屬網(wǎng)均采用菱形金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)由直徑6.0 mm 的鐵絲編制而成，尺寸分別為5.8 m×0.9 m、4.2 m×0.9 m。如圖3。

圖3 其他區(qū)域巷道支護(hù)斷面（mm）

4 圍巖控制效果分析

斷層帶區(qū)域性支護(hù)技術(shù)應(yīng)用于馬蘭礦28311 軌道巷，采用十字布點(diǎn)監(jiān)測法監(jiān)測巷道變形。斷層帶區(qū)域及其他區(qū)域巷道圍巖變形曲線如圖4 和圖5。斷層帶區(qū)域巷道掘進(jìn)穩(wěn)定時間160 d，頂?shù)装遄冃瘟?63 mm，兩幫變形量121 mm，其他區(qū)域巷道穩(wěn)定時間120 d，頂?shù)装遄冃瘟?34 mm，兩幫變形量96 mm。整體看，斷層帶區(qū)域巷道掘進(jìn)穩(wěn)定時間較長，且變形量較大。綜上所述，馬蘭礦28311 軌道巷斷層帶區(qū)域及其他區(qū)域巷道變形均可控，證明了斷層帶區(qū)域性支護(hù)技術(shù)和參數(shù)的合理性。

圖4 沿空留巷圍巖變形觀測結(jié)果圖

圖4 斷層帶區(qū)域巷道變形曲線

圖5 其他區(qū)域巷道變形曲線

5 結(jié)論

（1）馬蘭礦28311 軌道巷掘進(jìn)揭露多條斷層，受斷層帶區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力影響，巷道揭露的圍巖應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜、圍巖體破碎且承載能力低，受采掘擾動后極易出現(xiàn)大變形現(xiàn)象。基于此，提出了斷層帶區(qū)域性支護(hù)思路和原則，即斷層帶區(qū)域圍巖注漿改性強(qiáng)化、高強(qiáng)度主動支護(hù)原則、支護(hù)材料相互匹配。

（2）設(shè)計(jì)了斷層區(qū)域性支護(hù)技術(shù)與參數(shù)，并應(yīng)用于現(xiàn)場。斷層帶區(qū)域巷道掘進(jìn)穩(wěn)定時間160 d，頂?shù)装遄冃瘟?63 mm，兩幫變形量121 mm，其他區(qū)域巷道穩(wěn)定時間120 d，頂?shù)装遄冃瘟?34 mm，兩幫變形量96 mm，巷道變形均可控。