特厚煤層掘進快速過斷層群圍巖加固技術研究

徐文平

（馬道頭煤業有限責任公司，山西 大同 037100）

馬道頭煤業是設計年產1000 萬t 的特大型礦井，位于大同煤田西部。礦井四盤區地質條件復雜，在開拓過程中巷道多次受密集斷層群影響，頂板維護難度大、單進水平低、安全風險大。在斷層群應力集中區域礦壓顯現強烈，巷道圍巖整體松軟破碎，頂部和幫部伴有側滑現象，“煤炮”頻繁發生。巷道原有支護受到嚴重破壞，鋼帶斷裂和托盤變形現象較為普遍，形成大量高冒區，處理起來既費時又不安全，嚴重影響了礦井的安全生產和正常的采掘銜接。因此，需要結合該區域地質條件，研究制定一套安全高效的過斷層群支護技術。

1 概況

馬道頭煤業C3-5#層8404 工作面為四盤區首采工作面，該工作面設計走向長4211 m，傾向長221 m，平均煤厚17.4 m，工作面平均埋深387 m。煤層頂底板巖性特征見表1。工作面巷道布置形式為“U”型，其中2404 巷為皮帶巷，兼做進風，5404 巷為輔運巷，兼做回風。2404 巷沿煤層底板掘進，巷道斷面5600 mm×3600 mm，支護形式為“錨桿+錨索+鋼帶+金屬網”。頂板錨桿采用Φ22 mm×2400 mm，間排距800 mm×900 mm，預緊力為300 N·m，配套150 mm×150 mm×10 mm 高強度拱形托板；頂錨索采用Φ17.8 mm×8300 mm 型鋼絞線，間排距5400 mm×1800 mm，配套300 mm×300 mm×12 mm 高強度可調心托板；護幫采用Φ22 mm×2400 mm 型錨桿，間排距800 mm×900 mm，預緊力為300 N·m，配套150 mm×150 mm×10 mm 高強度拱形托板。

表1 C3-5#煤層頂底板巖性特征表

地質資料顯示，2404 巷在里程555 m 附近預計會揭露DF16 正斷層，斷層落差為0～10 m，斷層傾角為65°～70°，斷層走向斜交巷道，過斷以后煤層底板抬升?，F場施工過程中，巷道掘進至560 m處揭露DF16 斷層，受斷層影響，巷道迎頭頂板破碎嚴重。經過進一步的探測發現，巷道掘進前方存在密集斷層群，影響范圍為120 m，對巷道的安全掘進造成嚴重影響。為了加強過斷層群期間對破碎圍巖的控制，防止發生漏頂事故，提出采用錨注一體支護技術[1-5]。

2 圍巖加固支護方案

2.1 超前段支護錨注加固

在斷層群掘進前，使用超前預注漿方法對破碎圍巖進行加固改性，注漿可將掘進前方頂板裂隙充填粘接。本次采用錨注一體工藝，該工藝可將錨桿的支護作用和注漿的粘接加固作用結合起來，可起到較好的頂板超前治理效果，實現先治后掘。方案采用中空注漿錨桿進行支護和注漿，錨桿規格為Φ25 mm×6000 mm，在巷道迎頭每排施工5 根中空注漿錨桿，間排距為1500 mm×900 mm，仰角為15°，如圖1。待注漿錨桿錨固完成后，連接注漿管路快速接頭進行注漿加固，注漿材料選用AB 混合型加固型注錨劑?？刂谱{速度不要太快，當發現局部頂幫漏漿時，應及時停止注漿并進行封堵；當注不進漿液時，應打開快速接頭取下注漿管路再安裝至下一根中空注漿錨桿上。重復以上程序繼續進行注漿，以此類推完成全部注漿工作。

圖1 超前段支護錨注加固示意圖（mm）

2.2 掘進段錨注一體加固

在超前錨注支護掩護范圍內進行掘進，為了減少對巷道的擾動，采用半邊掘進半邊支護的方法，即將巷道斷面一分為二，一左一右進行掘進與支護交替作業。用中空注漿錨桿和錨索代替原支護設計的錨桿和錨索。施工頂板支護時，優先施工頂注漿錨桿再施工注漿錨索，選用Φ25 mm×3100 mm中空注漿錨桿，每排7 根，間排距800 mm×800 mm；選用Φ22 mm×11 800 mm 中空注漿錨索，每排5 根，間排距1000 mm×800 mm。兩幫垂直煤壁各施工4 根Φ25 mm×3100 mm 中空注漿錨桿，間排距800 mm×800 mm，注漿材料選用加固型注錨劑，注漿方法同超前段注漿。需要注意的是注漿前要先對巷道進行噴漿，對后續錨桿注漿形成托底層；然后對中空注漿錨桿注漿，使巷道圍巖3 m 范圍內形成一個加固拱，對后續錨索注漿形成托底層；最后再進行中空注漿錨索注漿，對巷道頂板上方11.5 m 范圍內的圍巖進行加固，實現對頂板堅固性和完整性的提升。掘進段錨注一體加固示意圖如圖2。

圖2 掘進段錨注一體加固示意圖（mm）

2.3 滯后架棚二次注漿支護

巷道掘進后，部分區段圍巖特別破碎，進行錨注時發生了漏漿現象，導致充填不嚴實。為了消除隱患，對注漿時發生嚴重漏漿的區域采取架棚支護措施。鋼棚選用U29 型鋼，棚間距為800 mm，滯后工作面迎頭30 m 范圍內進行施工。隨后對架棚區域范圍內的巷道進行噴漿覆蓋，待噴漿凝固后，再次向巷道圍巖施工注漿孔，進行二次充填注漿，使漏漿區域破碎圍巖得到進一步加固。

3 應用效果

2404 巷道采用注漿錨桿和注漿錨索加固技術后，順利穿過以DF16為主的斷層群120 m影響范圍。在此過程中，平均單進為5 m/d，僅用24 d，與以往過斷層采用穿鋼針和短掘短支的工藝相比，單進水平提高2 m，掘進效率提升了66%。錨注一體支護將原錨桿錨索的錨固方式由端錨固改變為全長錨固，錨固效果好且支護材料被漿液包裹不易腐蝕。通過近6 個月的巷道變形觀測，錨注一體支護區域的巷道圍巖頂底板移近量52 mm，兩幫移近量37 mm，與之前未采取錨注措施的過斷區域相比巷道變形量減少了60%，取得了良好的技術經濟效果。

4 結論

（1）使用錨注一體技術可有效解決特厚煤層掘進巷道過斷層群的圍巖控制問題。該技術將錨桿錨索支護作用和注漿的粘接加固作用有機結合起來，提高了支護結構的整體承載能力，實現了對破碎圍巖的加固和改性。

（2）基于錨注一體技術，采用超前段支護錨注加固、掘進段錨注一體加固、滯后架棚二次注漿加固等方法，使得過斷期間單進水平提升了66%，達到5 m/d，后期巷道變形和位移減少了60%，一定程度上預防了過斷層期間頂板事故的發生，保證了巷道的安全快速掘進與后期使用，為其他同類型掘進工作面過斷層群提供了參考與借鑒。