高陽煤礦21106 運輸巷過斷層帶安全技術研究

褚瑞乾

（山西焦煤汾西礦業（集團）有限責任公司高陽煤礦，山西 呂梁 032300）

由于煤系地層形成及地質運動等原因，在煤層分布范圍內會存在斷層帶[1-3]。斷層帶附近，煤巖體的硬度較斷層帶以外區域低。因此，在掘進工作面揭露斷層時，容易引起煤巖體的坍塌，有必要采取適當施工方法和支護措施，安全高效地通過斷層帶[4-8]。本文以高陽煤礦21106 運輸巷過斷層帶為工程背景，對過斷層帶的支護技術展開研究。

1 工程概況

21106 工作面位于二采區，開采太原組9-10-11號煤層，煤層最大傾角8°，最小0°，平均傾角3°。煤層頂板為灰巖，其中直接頂灰巖性脆，含泥質，約2.07 m；基本頂灰巖致密且堅硬，厚度約6.6 m。直接底為3.96 m 的泥巖，基本底為2.95 m 細粒砂巖。煤層總厚度約為7.75 m。21106 運輸巷設計斷面為矩形，設計掘進寬度為5100 mm，設計掘進高度為3000 mm，設計凈寬度為4800 mm，設計凈高度為2850 mm。設計巷道斷面及支護參數如圖1。

圖1 巷道設計斷面及支護參數（mm）

巷道頂板中部錨桿采用Φ22 mm×2200 mm 的高強度左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，兩邊角錨桿采用Φ22 mm×2400 mm 高強度左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，兩根邊角錨桿15°向幫外傾斜，頂板錨桿間距900 mm，排距1000 mm，“六·六”矩形布置，錨桿長度為2200 mm。每排錨桿配合使用BHW-280-4.5×4800 mm 的鋼帶。錨桿預緊力矩≥300 N·m，錨固力不小于228 kN。

巷道兩幫采用Φ22 mm×2200 mm 高強度左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間距為1000 mm，排距為1000 mm，“三·三”矩形布置，錨桿長度為2200 mm，預緊力矩不小于300 N·m，錨固力不小于228 kN。

錨索采用1×19 股高強度低松弛預應力Φ21.8 mm 的鋼絞線，長度為6800 mm，錨索間距2000 mm，排距2000 mm，“二·二”矩形布置，錨索預緊力不小于200 kN，錨固力不小于36.3 kN。

此外，巷道頂板及兩幫全部鋪設六邊形金屬網，其中頂板鋪設的金屬網尺寸為長×寬=5500 mm×1100 mm，兩幫鋪設的金屬網尺寸為長×寬=2900 mm×1100 mm，網與網之間搭接50 mm。在21106 運輸巷掘進過斷層帶范圍內進行噴漿，噴射厚度為150 mm，并配套使用Φ6 mm×2000 mm×1100 mm 的鋼筋網，網與網之間搭接50 mm。巷道頂板及兩幫支護情況如圖2。

圖2 巷道頂板及兩幫支護參數（mm）

其中，在21106 運輸巷掘進過程中會遇到對巷道掘進影響較大的斷層約2 條，分別為：

（1）F17：走向角度91°，傾向角度181°，傾角52°，正斷層，落差8.5 m。（2）F97：走向角度92°，傾向角度182°，傾角78°，正斷層，落差6 m。

2 施工方法

在21106 運輸巷揭露斷層時，采用適當的施工方法，保證掘進工作面的安全順利掘進。

首先針對巷道坡度進行調整，調整可分為4 個階段：

階段Ⅰ：在巷道揭露斷層前32 m 位置時，掘進工作面以180°的方位進行施工；在通過斷層位置時，調整掘進工作面掘進坡度，以向上山方向3°的方位進行施工；掘進距離約為15 m，以向上山方向8°的方位掘進約70 m 后到達11#煤層頂板標志層；最后以180°的方位繼續掘進過斷層。

階段Ⅱ：在即將通過斷層帶時，調整掘進工作面掘進坡度，以向上山方向3°的方位進行施工，掘進距離約為15 m。

階段Ⅲ：再次調整掘進工作面掘進破度，以向上山方向8°的方位掘進約70 m 后到達11#煤層頂板標志層。

階段Ⅳ：繼續沿直接頂在煤層中掘進21106 運輸巷。如圖3。

圖3 21106 運輸巷過斷層帶各階段示意圖

3 支護技術

21106 運輸巷主要采用錨桿、錨索、六邊形金屬網、W 鋼帶聯合支護。在工作面過斷層帶過程中，為提高巷道圍巖的穩定性，對支護參數進行調整，見表1。

在階段Ⅱ中，改變巷道的掘進斷面，掘進寬度為5800 mm，凈寬度為5500 mm，掘進高度為3400 mm，凈高度為3200 mm。其中頂板與兩幫錨桿排距由1000 mm 縮小至900 mm，頂板錨桿采用“七·七”矩形布置，兩幫錨桿采用“四·四”矩形布置。

在階段Ⅲ中，巷道掘進寬度為5400 mm，實際凈寬度為5100 mm，實際掘進高度為3400 mm，實際凈高度為3200 mm。其中頂板與兩幫錨桿排距由1000 mm 縮小至900 mm，頂板錨桿采用“六·六”矩形布置，兩幫錨桿采用“四·四”矩形布置。

通過表1 可知，及時更改過斷層帶巷道的實際掘進尺寸，并相應減小錨桿間距、改變錨桿數量，提高了巷道錨桿的支護密度，提高巷道圍巖穩定性。為進一步驗證該支護方案的現場應用效果，對巷道過斷層帶前后的巷道頂底板變形情況進行了30 d 的現場觀測。取30 d 的平均值進行統計分析可知，階段Ⅲ巷道的頂底板移近量最大為305 mm，階段Ⅰ巷道頂底板移近量最小為113 mm。各階段巷道頂底板的移近量均在可控范圍之內，巷道圍巖變形得到了有效控制，現場應用效果良好。21106 運輸巷過斷層帶各階段頂底板移近量如圖4。

表1 掘進巷道過斷層帶前后巷道斷面與主要支護參數比較

圖4 21106 運輸巷過斷層帶各階段頂底板移近量

4 結論

針對高陽煤礦21106 運輸巷掘進工作面過斷層帶的實際情況，介紹了掘進工作面過斷層帶的主要施工方法，提高巷道過斷層帶時的巷道支護密度，巷道圍巖變形得到了有效控制，主要得到如下結論：

（1）21106 運輸巷在掘進過程中會遇到2 條斷層，對巷道掘進影響較大。

（2）21106 工作面過F17 斷層帶時，通過及時更改巷道掘進方位，實現工作面掘進方向的調整，使得巷道順利通過斷層。

（3）改變工作面過斷層帶巷道的實際掘進尺寸，并提高相應的支護密度，達到巷道圍巖有效控制的目的，21106 運輸巷順利通過斷層。