18502 工作面輔運巷過斷層構造帶巷道支護技術應用

郝世維

（山西焦煤西山煤電股份有限公司屯蘭礦，山西 古交 030205）

巷道掘進揭露斷層構造帶時，圍巖礦壓顯現劇烈，甚至誘發動力災害，嚴重危害巷道的安全掘進[1-6]。以馬蘭礦18502 工作面輔運巷掘進揭露多條斷層構造帶為工程背景，針對性提出18502 工作面輔運巷過斷層構造帶巷道支護思路和原則，設計18502 工作面輔運巷過斷層構造帶巷道支護方案與參數，為類似地質條件下過斷層構造帶巷道支護提供參考。

1 工程概況

18502 工作面位于+910 m 水平南五下組煤采區，工作面布置皮帶巷、輔運巷和切眼3條回采巷道。工作面皮帶巷、輔運巷開口于南五下組煤輔助運輸下山，皮帶巷走向長1192 m，輔運巷走向長1194 m，工作面傾斜長251 m，工作面地面標高1271～1386 m，工作面標高845～903 m，如圖1 所示。18502 工作面南側為18504 采空區，留設煤柱寬度20 m。工作面開采8 號煤層，開采區域煤層結構簡單，屬穩定可采厚煤層，煤層厚度3.70～4.80 m，平均4.40 m，含1 層穩定夾矸，厚度0.10～0.26 m，平均厚度0.15 m，普氏硬度1.5，煤層傾角1°～21°，平均6°。工作面直接頂為粉砂巖和L1 泥灰巖，基本頂為S2 中粒砂巖，直接底為粉砂質泥巖，基本底為粉砂巖，頂底板具體巖性特征見表1。根據地質資料預測，18502 工作面輔運巷掘進將揭露F18502-02、F18502-07、F18502-23、F18502-24 斷層。其中，F18502-02 為正斷層，落差3.5 m；F18502-07 為正斷層，落差1.4～3.5 m；F18502-23 為逆斷層，落差0.9～2.1 m；F18502-24 為逆斷層，落差1.5 m。在巷道掘進過斷層構造帶時，極易出現嚴重的礦壓顯現現象。為保證18502 工作面輔運巷掘進過斷層構造帶時圍巖的穩定控制，在揭露F18502-02、F18502-07、F18502-23、F18502-24 斷層前后時設計采用過斷層構造帶巷道支護技術與參數。

圖1 18502 工作面采掘平面示意圖

表1 頂底板具體巖性特征

2 過斷層構造帶巷道支護思路和原則

巷道掘進揭露斷層構造帶時，由于其圍巖破碎、完整性差、承載能力低，再加上復雜的應力環境，巷道圍巖極易出現嚴重的變形破壞，需采用必要加強支護措施。

（1）高強力錨桿+高預緊力錨索支護。巷道掘進揭露斷層構造帶時，由于其圍巖破碎且完整性差、承載能力低，宜采用高強力錨桿、高預緊力錨索進行支護，充分發揮其支護材料的主動支護性能以及急增阻、高阻力的工作特性，有效控制斷層構造帶圍巖滑移離層和碎脹變形，提高破碎圍巖自身的承載能力，保證有效的支護結構，形成完整的主動支護預緊力承載結構。

（2）斷層構造帶頂板全錨索支護。頂板的有效控制是避免巷道圍巖嚴重變形的關鍵所在，斷層構造帶掘進揭露時，巷道淺部圍巖已出現嚴重變形，常規的錨桿支護無法錨固至穩定巖層，因此宜采用全錨索支護，顯著提高對頂板的支護強度，降低頂板變形，實現巷道圍巖的整體控制。

（3）兩幫非對稱差異性支護。地質資料顯示，18502 工作面南側為18504 采空區，受采空區和斷層構造帶影響，18502 工作面輔運巷煤柱幫側變形控制難度相對較大，因此宜采用兩幫非對稱差異性支護，實現兩幫圍巖的協同控制。

3 過斷層構造帶巷道支護方案與參數

18502 工作面輔運巷采用矩形斷面，巷道掘進寬度5.5 m，掘進高度4.5 m，巷道揭露F18502-02、F18502-07、F18502-23、F18502-24 斷層構造帶區域支護方案和參數如下：

（1）頂板全錨索支護。頂板采用直徑22 mm、長度6400 mm、結構1×19 股的高預緊力錨索，每排布置5 根，間排距設計1.0 m×1.0 m，張拉預緊力不低于250 kN，配套采用專用的高強度索具和規格300 mm×300 mm×16 mm 的高強度蝶形托盤。每根錨索均采用樹脂加長錨固（1 支K2360、3 支Z2360 樹脂錨固劑），保證錨固長度不低于2000 mm。

（2）兩幫非對稱支護。巷幫錨桿均采用直徑22 mm、長度2400 mm 的左旋高強錨桿，每排布置5 根，間排距設計1.0 m×1.0 m，設計預緊扭矩不低于300 N·m，配套規格120 mm×120 mm×10 mm 的高強度蝶形托盤。每根錨桿均采用樹脂加長錨固（1 支K2360、1 支Z2360 樹脂錨固劑），保證錨固長度不低于1000 mm。實煤體幫采用直徑22 mm、長度5400 mm、結構1×19 股的高預緊力錨索，每排布置2 根，間排距設計2.2 m×2.0 m。煤柱幫采用直徑22 mm、長度5400 mm、結構1×19股的高預緊力錨索，每排布置3 根，間排距設計1.0 m×2.0 m，幫錨索張拉預緊力不低于200 kN，配套采用專用的高強度索具和規格300 mm×300 mm×16 mm 的高強度蝶形托盤。每根錨索均采用樹脂加長錨固（1 支K2360、3 支Z2360樹脂錨固劑），保證錨固長度不低于2000 mm。如圖2。

圖2 過斷層構造帶巷道支護斷面（mm）

4 支護效果

采用十字監測法監測過斷層構造帶區域巷道變形，圖3 給出了過斷層構造帶區域巷道圍巖位移曲線（2 個測點）。如圖3 所示，巷道變形主要集中在掘進初期20 d 內，巷道掘進30 d 后，巷道圍巖趨于穩定，圍巖移近速度趨近于0。巷道掘進穩定后，頂底板累計移近量在279～305 mm，兩幫累計移近量194～206 mm。整體看，巷道圍巖頂底板變形量顯著大于兩幫變形。18502 工作面輔運巷圍巖變形整體可控，證明了過斷層構造帶巷道支護技術與參數的合理性和可靠性。

圖3 過斷層構造帶巷道圍巖位移曲線

5 結論

（1）馬蘭礦18502 工作面輔運巷掘進揭露多條斷層，由于其圍巖破碎且完整性差、承載能力低，再加上復雜的應力環境，巷道圍巖極易出現嚴重的變形破壞，需采用必要加強支護措施。基于此，提出了過斷層構造帶巷道支護思路和原則，包括高強力錨桿+高預緊力錨索支護、斷層構造帶頂板全錨索支護、兩幫非對稱差異性支護。

（2）設計了過斷層構造帶巷道支護方案與參數，并進行了應用。巷道變形主要集中在掘進初期20 d 內，巷道掘進30 d 后，巷道圍巖趨于穩定，頂底板累計移近量在279～305 mm，兩幫累計移近量194～206 mm，圍巖變形均可控。