小屯礦斷層區沿空留巷圍巖穩定性分析及其控制

文/翟來軍

小屯礦斷層區沿空留巷圍巖穩定性分析及其控制

文/翟來軍

沿空留巷具有提高煤炭資源采出率、減少巷道掘進量、緩解采掘接替矛盾、實現Y型通風、治理瓦斯超限等優點，一直是煤炭開采技術的重要發展方向。但由于沿空留巷無法避免采動支承應力重新分布過程中的劇烈作用，巷道需要經受兩次采動影響，礦壓顯現強烈，尤其是遇到斷層、褶皺等地質構造，巷道圍巖裂隙發育，破碎程度加劇，大大增加了巷道維護的難度。因此，對于地質構造復雜的工作面，能否有效控制和適應巷道圍巖變形就成為應用沿空留巷技術的關鍵。為保障峰峰集團小屯礦92502綜放工作面沿空留巷安全、快速通過落差為8m的斷層，基于該工作面工程生產條件，本文具體分析了斷層構造對沿空留巷穩定性的影響，制定并實施了一系列過斷層措施和巷道支護優化方案，有效控制了此類巷道的失穩變形。

一、工作面概況

92502工作面地面標高+123.98m，底板標高-360m～-400m，煤層走向NE27°—NW73°，傾向NE，傾角5°～12°，平均為8°，煤層厚度3.9～4.9m，平均4.2m，煤層較穩定。

老頂為深灰色薄層狀粉砂巖，微波狀層理及水平層理，厚度5.04m；直接頂為薄層狀細砂巖，微波狀層理斜交層理發育，厚度為6.0m；直接底為深灰色薄層粉砂巖，夾細小砂質條帶，微細水平層理及波狀層理，厚度4.19m；老底為微薄層狀細砂巖，斷續水平層理，厚度2.34m。

工作面采用傾斜長壁輕型綜采放頂煤后退式采煤法，割煤2.2m，放煤高度2.0m，工作面附近有F6正斷層，走向NE40°，傾向SE，傾角50°，落差8m，如圖1所示。

圖1 92502綜放面巷道布置圖

二、斷層對沿空留巷圍巖穩定性的影響

1.F6斷層使煤巖體的連續性受到破壞，節理裂隙和不連續面急劇增加，嚴重影響巷道圍巖的抗拉強度、抗壓強度、彈性模量、滲透系數等巖體物理力學參數，導致巷道圍巖強度和自承能力迅速降低，同時受到工作面推進的劇烈采動影響，結構面更易“活化”，礦山壓力顯現嚴重，造成沿空留巷的支護結構承受更大的礦山壓力。因此，更容易引發巷道變形失穩，增加巷道穩定性控制難度。

2.斷層構造應力主要以水平應力為主，使得沿空留巷的圍巖水平應力增加。原有的支護方案，對巷道頂板進行了重點支護，所以頂板受水平構造的應力影響較小。但是，底板的穩定性受水平構造應力影響嚴重，使得沒有支護的巷道底板成為整個沿空留巷支護體系的最薄弱環節，導致巷道底板受壓破壞，極易發生底鼓。

3.斷層構造的切割破壞，使得礦井的水文地質條件復雜化，造成沿空留巷圍巖的富水性增強，增加了沿空留巷的維護難度。

三、巷道支護及優化方案

92502沿空留巷采用柔模泵注混凝土巷道支護技術，如圖2所示。頂錨桿采用Φ20×2000mm，呈矩形布置，間排距為750×800mm，安裝兩支CK2335型錨固劑，設計錨固力64kN，預緊扭矩不小于100N·m；頂錨索采用Φ=15.24mm的鋼絞線錨索，長度為5000mm，呈五花型布置，順巷道中心線布置3排，間距3.2m，排距1m，錨索安裝五支錨固劑，一支CK2335，四支K2335，設計張拉力為260kN；幫錨桿采用Φ18× 1800mm左旋螺紋鋼錨桿，間排距為650×800mm，呈矩形布置，每排4根，最上一根錨桿距頂板250mm，最下一根錨桿距底板300mm，安裝一支CK2835型錨固劑；W鋼帶采用W-260-3-3600型，用厚3mm的鋼板滾壓而成，寬度260mm，其上有預留孔；支護結構為柔模泵注混凝土支護，由雙層高強度布縫制而成，柔性模板長度2m，高3.1m，厚度1.2m，矩形。

圖2 92502沿空留巷支護斷面圖

過斷層前，提前對巷道補強支護，具體方案是：鋼帶段提前加打錨索，呈“三三三”布置，U鋼段打設鋼帶錨索提前支護去掉U鋼，每條鋼帶上打設5根錨索，巷幫補打錨桿；新打設錨索規格均為Φ18.92× 5000mm，要求錨固在堅硬的巖層上，每根錨索配備一支CK2335、四支K2335型樹脂錨固劑；新打幫錨桿均采用Φ18×1800mm左旋等強無縱筋錨桿，間距650mm，每根錨桿配備兩支CK2835型樹脂錨固劑。

過斷層時，溜子道從鋼帶段到U鋼段下載15°坡，過斷層需30m，鋼帶段巷道超高，巷高近4m，采取超前處理密擺木架。跌坡到U鋼段，此段頂板破碎，巷道低洼處有水窩，巷道高度低，采取提前臥底，柔模高度改用2.7m；U鋼段去掉U鋼后，巷道支護為拱形鋼帶，在注模過程中，模體不易成型支護頂板，因此在注模前使用一面平木梁配合單體在柔模上架設，便于柔模支設。

四、沿空留巷過斷層措施

1．溜子道先揭露斷層，工作面煤壁離斷層面20米超前處理段將出現超高鋼帶段和拱形鋼帶段。超前處理及下機窩頂板要鋪設雙網，塑料網傾斜鋪設，沿走向對接，網邊用聯網繩每0.1m聯一道，溜子道與下機窩接茬處網要連接使用，網頭搭接不小于0.3m。

2．下機窩超前5m提前做好，下機窩隨外推與溜子道坡度保持一致，避免出現臺階。下機窩與溜子道接茬及頂空處用長1.4m、厚度大于100mm的板梁擺架接頂。

3．超前處理要背頂擺木架，鋼帶超高段用長3.6m～4.0m，拱形鋼帶段用長3.0m～3.5m，直徑不小于18cm的一面平木梁，平面朝上垂直溜子道兩幫架設第一層，要求兩梁頭必須頂緊巷幫，保證長梁至底板高度在2.8m～2.9m，便于沿空留巷支設柔模。其上用長1.4m，中厚不小于100mm的板梁進行擺架，各層木架垂直交錯擺設，形成連鎖木架接實頂板。

五、實踐效果分析

92502沿空留巷過斷層措施和巷道支護優化方案實施后，沿工作面開采走向方向，在巷道中布置礦壓觀測站，對巷道圍巖穩定性進行跟蹤監測，測站頂底板位移最大為274mm，兩幫相對位移最大值在232mm。巷道變形得到了有效控制，為以后沿空留巷過斷層積累了寶貴經驗。

（作者單位：冀中能源峰峰集團小屯礦）

（責任編輯：周瓊）