掘進巷道過斷層破碎帶聯合支護技術應用研究

祁建永

（晉能控股煤業集團簸箕掌煤礦，山西 大同 037100）

斷層是煤炭開采時常見地質構造類型，受斷層上下兩盤擠壓、挪移等因素影響，在斷層影響范圍內往往表現為裂隙發育、巖體破碎[1-2]。簸箕掌煤礦開采的2#煤層頂板有弱含水層，2203運輸巷掘進前方存在的DF6-1斷層具有一定導水性，巷道掘進至斷層破碎帶時面臨圍巖控制難度大、透水、冒頂等各類問題。以2203運輸巷過DF6-1斷層破碎帶為工程實例，針對斷層導水、破碎等特點，提出采用超前注漿、撞鍥、錨網噴等聯合支護技術，確保了巷道安全通過斷層破碎帶。

1 概況

2203運輸巷沿著2#煤層頂板掘進，2#煤為礦井首采煤層，煤層賦存穩定，厚度平均3.9 m，f值0.7～1.5。2#煤層基本頂為厚度10.3 m粗砂巖，直接頂為9.5 m厚泥巖、粉砂巖，直接底為厚度5.2 m粉砂巖、泥巖。2203運輸巷設計掘進長度1505 m，斷面為直墻半圓拱（巷道掘寬、掘高為5780 mm、4690 mm），采用綜掘方式掘進。

根據已有地質資料顯示，2203運輸巷掘進期間會揭露DF6-1斷層，斷層落差12～23 m，走向N52°E，傾向58°，斷層破碎帶寬度達到10.6 m，具有一定的導水性。斷層破碎帶內巖體破碎、粘結性較差，頂板含水層裂隙水會通過斷層破碎帶裂隙向巷道掘進空間涌出，不僅弱化巷道圍巖、增加圍巖變形量，而且容易引起支護體系失效。2203運輸巷預計揭露的DF6-1斷層剖面如圖1。

圖1 2203運輸巷預計揭露的DF6-1斷層剖面圖（m）

2 巷道掘進過破碎帶聯合支護技術

DF6-1斷層破碎帶巖體具有裂隙發育、有一定導水性且承載能力較差等特點，提出綜合采用超前注漿、撞鍥方式封堵破碎帶導水裂隙并提高巖體承載能力，使用錨網噴、U型鋼支護圍巖[3-6]。

2.1 超前注漿

采用超前小導管（Ф40 mm×6000 mm鋼管）、注漿管（Ф20 mm×3000 mm鋼管）進行帷幕注漿，布置如圖2。注漿鉆孔采用井下錨桿鉆機施工，整個掘進迎頭布置49個鉆孔。1#～31#鉆孔間排距分別為500 mm、1500 mm，注漿孔外插25°并下放Ф20 mm×3000 mm鋼管，通過注漿構成止水帷幕，封堵導水裂隙，注漿壓力設計為3 MPa；32#～49#鉆孔間排距分別為1000 mm、2500 mm，注漿孔內插入Ф40 mm×6000 mm鋼管，用以提高掘進前方破碎巖體穩定性，注漿壓力設計為5 MPa。注漿材料為水泥單液漿。

圖2 超前注漿鉆孔布置示意圖（mm）

2.2 撞鍥超前支護

在掘進迎頭撞鍥超前支護采用Ф50 mm×1500 mm鋼管，具體布置如圖2（b）。撞鍥間排距分別為300 mm、1000 mm，外插25°，主要布置在巷道拱頂位置。將撞鍥尾部與巷道已經布置完成的支架連接為整體，從而提高撞鍥支護強度。

2.3 永久支護方案

2203運輸巷永久支護采用錨網噴、U型鋼聯合方式進行支護。巷道永久支護斷面如圖3。

圖3 巷道永久支護斷面示意圖（mm）

巷道全斷面采用Ф20 mm×2500 mm螺紋鋼錨桿支護，間排距800 mm、500 mm，整個斷面共計布置15根錨桿；鋪設雙層鋼筋網（采用Ф6.5 mm圓鋼制作），網孔規格分別為100 mm×100 mm、50 mm×50 mm。

鋼支架為36U型鋼加工，拱頂鋼梁長度為6340 mm，巷幫腿柱長4040 mm，反底拱2節，單節長3100 mm。反底拱、腿柱及頂梁間采用M22×210 mm螺栓、卡纜連接，鋼支架與巷道壁間采用原木背實。

巷道掘進完成后立即進行初噴，封閉裸露巖層，減低圍巖風量程度以及涌水量。36U型鋼架設完畢后進行二次噴漿，通過二次噴漿將錨網、錨桿以及鋼支架連接為一個相互作用支護結構體，提高巷道表層巖體支護強度。巷道頂板及巷幫表層噴射強度C20混凝土，厚度100 mm，底板灌注強度C25混凝土，厚度300 mm。

3 現場應用效果

2203運輸巷在掘進過DF6-1斷層破碎帶期間，將巷道循環掘進進尺控制在500 mm以內，從而降低掘進對圍巖擾動。采用超前注漿、撞鍥以及錨網噴、U型鋼等聯合支護方式后，巷道掘進期間涌水量控制在0.6 m3/d，圍巖涌水基本不會給巷道掘進、支護等帶來大的影響，掘進期間未出現頂板冒落、迎頭破碎巖體失穩等情況。對掘進完成后巷道圍巖變形進行監測，監測結果如圖4。在監測期間發現頂板、兩幫最大變形量分別控制在75 mm、54 mm以內，未出現底鼓問題。現場應用效果表明，文中所提聯合支護措施可滿足巷道掘進過斷層破碎帶圍巖控制需要。

圖4 圍巖變形量監測結果

4 結語

（1）2203運輸巷掘進揭露的DF6-1斷層破碎帶寬度達到10.6 m，破碎帶內巖體呈現粘結性差、破碎并具有一定導水性。若不對破碎巖體進行處理，支護采用的錨桿無法有效提高圍巖穩定性。為此，提出采用超前注漿，提高圍巖穩定性并封堵導水裂隙，為后續巷道掘進安全及錨桿支護提供良好基礎。

（2）在掘進時采用撞鍥對頂板破碎巖體進行支護，避免出現頂板冒落問題；錨網噴、U型鋼支護可充分發揮主動支護、被動支護優勢，提高巷道表層支護強度，降低圍巖變形量，避免后續出現較大變形。現場應用后，2203運輸巷掘進過DF6-1斷層破碎帶期間頂板涌出控制在0.6 m3/d，涌出基本不會給巷道掘進、圍巖控制帶來影響；頂板、兩幫最大變形量分別控制在75 mm、54 mm以內，圍巖變形量基本不會影響巷道后續使用。