建新煤礦4206 回風巷斷層區域差異性控制技術應用

田 凱 劉向陽

（1.陜西省煤田物探測繪有限公司，陜西 西安 710005；2.陜西省一九四煤田地質有限公司，陜西 銅川 727007）

我國煤礦巷道揭露的地層復雜多變，常常遇到斷層、陷落柱等地質構造，采掘活動擾動后，巷道易出現大變形[1-2]，嚴重時誘發圍巖結構失穩等動力災害，危害礦井安全生產[3-5]。本文以建新煤礦4206 回風巷揭露F7、F8、F9 正斷層為工程背景，遵循斷層區域差異性控制思路和原則，設計了正常區域和斷層區域差異性支護技術，并應用于現場。

1 工程概況

建新煤礦4206 綜采工作面位于42 盤區，工作面開采4-2#煤層，工作面位于42 盤區東部，呈西南-東北方向布置，西界為4204 工作面，東界為4208工作面，北界為盤區邊界，南界為大巷保護煤柱。工作面開采區域煤層厚度在2.9～13.3 m 之間，平均8.5 m，傾角3°，煤層結構簡單，發育1～3 層夾矸，屬于近水平穩定煤層。工作面基本頂為細砂巖，厚度23.16 m，屬穩定頂板；直接頂為粉砂巖、砂質泥巖、粗粒砂巖，厚度1.45 m，屬較穩定性頂板，局部存在泥巖、炭質泥巖的偽頂結構，厚度0.35 m；直接底以泥巖為主，少量灰黑色炭質泥巖，厚度1.15 m，遇水易膨脹，屬不穩定性底板；基本底為細砂巖，厚度2.93 m，屬穩定性底板。4206 回風巷246 m、346 m、882 m 時將分別揭露F7、F8、F9 正斷層。F7 斷層，走向260°，傾向50°，傾角65°，落差4.5 m；F8 斷層，走向220°，傾向135°，傾角70°，落差8 m；F9 斷層，走向240°，傾向120°，傾角60°，落差13 m。0075-1 標注

圖1 4206 回風巷采掘平面圖

2 斷層區域差異性控制思路和原則

試驗巷道揭露F7、F8、F9 正斷層，采掘活動擾動后，巷道易出現大變形，需加強支護。

（1）破碎區域注漿改性強化圍巖。試驗巷道揭露F7、F8、F9 正斷層區域圍巖遍生裂隙，加之巷道在煤層內掘進，煤層節理發育，無法有效承載圍巖變形，采用破碎區域注漿改性強化圍巖承載能力。

（2）高強主動支護和利用頂板承載能力原則。高強度、高預緊力錨桿（索）支護具備良好的支護效果且成本低[6-10]，因此，采用高強主動支護，同時利用較長的高強度錨索將淺層圍巖形成的支護結構懸吊至基本頂堅硬巖層，充分利用頂板的承載能力。

（3）支護構件相互匹配。采用相互匹配的托盤、鎖具等支護構件，配套性能良好的金屬網、鋼筋梁、鋼帶等材料，保證支護結構的長時有效。

3 斷層區域差異性控制技術

4206 回風巷采用矩形斷面，掘寬5200 mm，掘高4400 mm，采用斷層區域差異性控制技術。

3.1 正常區域巷道支護技術與參數

采用錨網索聯合支護。頂錨桿直徑22 mm、長度2.4 m，幫錨桿直徑20 mm、長度2.2 m，每排7根，間排距0.8 m×1.0 m，預緊扭矩300N·m；頂錨索直徑18.9 mm、長度6.3 m，每排2 根，間排距2.0 m×2.0 m，張拉預緊力45 MPa；頂幫金屬網均采用Φ3.4 mm 鐵絲編制的菱形金屬網，規格分別為5600 mm×1100 mm、4200 mm×1100 mm。如圖2。

圖2 正常區域巷道支護斷面（mm）

3.2 斷層區域巷道支護技術與參數

巷道揭露斷層前后30 m 范圍內采用錨網索注聯合支護。頂錨桿Φ22 mm、長2.4 m，幫錨桿Φ22 mm、長2.2 m，間排距0.8 m×0.8 m，預緊扭矩300 N·m；頂錨索Φ21.6 mm、長8.3 m，每排3 根，間排距1600 mm×1600 mm，張拉預緊力45 MPa；頂幫金屬網均采用直徑6.0 mm 鐵絲編制的菱形金屬網，規格分別為5600 mm×1100 mm、4200 mm×1100 mm。注漿材料為硅酸鹽水泥漿液，水灰比1:1.5，注漿孔深4.0 m，注漿管長2.5 m，頂板注漿孔間排距1600 mm×1600 mm，幫部注漿孔間排距1800 mm×1600 mm，注漿壓力為1.5～2.5 MPa。

圖3 揭露斷層前后30 m 范圍巷道支護斷面（mm）

4 工業性試驗

斷層區域差異性控制技術應用于4206 回風巷后進行巷道變形監測，如圖4、圖5。正常區域和斷層區域巷道掘進穩定時間分別為80 d、110 d，正常區域巷道頂底變形79 mm，變形速度0.99 mm/d，兩幫變形62 mm，變形速度0.78 mm/d；斷層區域巷道頂底變形126 mm，變形速度1.09 mm/d，兩幫變形93 mm，變形速度0.85 mm/d。由于斷層區域巷道圍巖破碎，雖然采用注漿加固，但相比正常區域其穩定時間和變形量均較大。整體來看，4206 回風巷正常區域和斷層區域巷道變形在可控范圍內，證明了斷層區域差異性控制技術和參數的可靠性。

圖4 正常區域巷道變形曲線

圖5 斷層區域巷道變形曲線

5 結論

（1）4206 回風巷揭露多條斷層，受構造應力影響，采掘擾動后，應力重新分布，巷道圍巖體極易出現大變形，提出了斷層區域差異性控制思路和原則，包括破碎區域注漿改性強化圍巖、強主動支護和利用頂板承載能力原則、支護構件相互匹配。

（2）設計了斷層區域差異性控制技術，并應用于現場，正常區域巷道頂底變形79 mm，兩幫變形62 mm，斷層區域巷道頂底變形126 mm，兩幫變形93 mm，斷層區域巷道掘進穩定時間和變形量均較大。