5202回采巷道過斷層掘進方案及支護技術研究

韓 偉

（大同煤礦集團同生樹兒里煤業有限公司，山西 大同 037000）

隨著開采地質條件的越發復雜，巷道在掘進過程中遇到斷層的幾率不斷增加，嚴重影響著礦井的安全生產[1-2]。斷層落差會影響掘進速率，也會給巷道的支護帶來一定的困難[3-4]。同生樹兒里煤業有限公司過斷層后存在礦壓顯現劇烈的問題，采用超前錨桿預加固、大管棚超前支護雖然能取得一定的支護效果，但是在斷層高集中應力的作用下單一的支護方式難以實現保證巷道穩定性的要求。因此，研究如何科學合理地過斷層是巷道能否快速掘進的關鍵，在保證掘進速率的同時也要合理對過斷層巷道進行聯合支護，避免出現冒頂、片幫等安全事故。

1 工作面概況

同生樹兒里煤業有限公司5202巷位于＋1280m水平302盤區皮帶巷以北，西部距2202巷道140m，北部為井田邊界，東部為302盤區皮、回聯巷，鄰近巷道對該巷掘進沒有影響。巷道井下標高1217～1252m，5202巷布置于3#煤層，平均傾角7°，煤層厚度平均10.4m。5202巷掘至39m處遇到一條正斷層，該斷層面與5202巷斜交30°，傾角70°，落差2.2m，巷道局部超高達到4.7m，其位置布置示意圖如圖1所示。

圖1 斷層布置示意圖

2 斷層影響分析

斷層將一個整體連續的板塊切割成多個破碎的板塊，斷層切割的邊界視為簡支梁。根據斷層在工作面外側的不同切割情況分為五種情況下的支承狀態：四邊簡支、三邊固支一邊簡支、兩臨邊固支兩臨邊簡支、兩對邊固支兩對邊簡支、一邊固支三邊簡支。當工作面推進到斷層區域，特別是支承壓力高峰區域與斷層斷裂線高應力區域的疊加區域，巷道支護困難[5-6]。

斷層切割頂板后工作面視為簡支邊界，簡支邊界解除了周邊的約束，失去了傳遞力的作用。當工作面推進到斷裂線位置時，頂板巖層施加在工作面與斷層間煤柱重力明顯加劇，容易形成高應力集中，頂板的斷裂速度加快，垮落步距減小，容易發生礦壓顯現現象，因此，對過斷層巷道的支護提出了新的挑戰。

3 巷道過斷層方案

由于5202巷掘進所遇斷層為正斷層，斷層面沿巷道掘進方向一側煤層上移，決定采用后退挑頂的方案過該斷層。距斷層面5m處開始挑頂施工，施工角度為8°，直到遇到煤層底板時，再沿著煤層底板施工。施工示意圖如圖2所示。

圖2 后退挑頂法示意圖

5202巷過斷層掘進采用深孔爆破+綜掘機相結合的方式，巷道掘進下半部分采用爆破的方式破巖，盡量“多打眼，少裝藥”，減小由于爆破作用增加斷層附近巷道頂板的破碎程度；上半部分采用綜掘機掘進破巖。采用該種方法巷道掘進10m后便可以沿煤層底板掘進，不用再采用爆破破巖。

4 巷道過斷層支護技術研究

4.1 超前支護

5202巷掘進斷層前2～3m附近，受斷層的影響巷道頂板出現破碎，需要超前采用錨網索支護方式加強支護，提高巷道的穩定性。在巷道過斷層前10m處，減小錨網錨索的間排距，增加支護強度。

（1） 錨桿支護規格

頂板錨桿采用Φ20×2200mm高強螺紋鋼錨桿，幫部錨桿采用Φ18×2200mm左旋螺紋鋼錨桿。錨桿間排距為800mm，樹脂藥卷采用符合煤炭行業標準MT146.1-2002的Φ23×500mm樹脂錨固劑，每根錨桿1塊藥卷。

（2）錨網支護規格

要全斷面掛網，網間搭接100mm，用14#鐵絲聯網間距為：每隔一孔聯一扣。

（3）錨索支護規格

錨索使用Φ18.9mm的鋼絞線制作，長度為6500mm，間距為1600mm。樹脂藥卷采用符合煤炭行業標準MT146.1-2002的Φ23×500mm樹脂錨固劑，每根錨索3塊藥卷。支護材料參數如表1所示，支護示意圖如圖3所示。

表1 巷道支護參數表

圖3 巷道支護布置示意圖

4.2 注漿加固

注漿液選用水泥單漿液，水泥為52.5普通硅酸鹽水泥，W/C=0.45～0.5，并摻加少量復合早強高效減水劑，提高漿液的流動性及和易性。注漿開始應緩慢升壓，正常為0.5～1.0MPa，終壓為2.0MPa。當觀測圍巖相對位移達到30mm時，表明圍巖1.5m范圍內已產生了松動裂隙，此時注漿為最佳時機，其漿液有效擴散范圍將達到2m左右。注漿孔深6m，孔徑45mm，間距1.2m，排距1.4m。

4.3 架鋼棚支護

5202巷從33m處開始向工作面迎頭全部架設鋼棚，間距1000mm。梯形斷面，頂凈寬3800mm，底凈寬4000mm，凈高3300mm，凈斷面12.87m2。每架鋼棚采用1根棚梁和2根棚腿組成，棚梁和棚腿均采用11#礦用工字鋼，棚距1000mm。棚與棚之間采用6根連接桿連接，棚梁2根，兩個棚腿分別2根，連接桿采用Φ16×1160mm的圓鋼制作，桿套采用長度100mm的Φ20mm鋼管制作。棚梁長度4100mm，棚腿高度3300mm。棚梁焊接卡塊固定棚腿，棚腿上端采用長度100mm的12#槽鋼焊接，棚腿底采用200×200×16mm的鋼板焊接。

5202巷架鋼棚支護過程中，為了提高支護強度，應當結合超前錨索加固頂板，避免斷層處高集中應力造成冒頂事故，加強頂板的穩定性。其支護示意圖如圖4所示。

圖4 巷道架鋼棚支護示意圖

5 支護效果

采用頂板離層動態儀對巷道頂板離層量進行觀測。分別在巷道過斷層前后各5m設置兩個觀測點，開始先連續觀察5d，然后再每隔5d進行觀測一次，得到觀察點數據隨時間變化圖如圖5所示。

圖5 頂板離層下沉量

由圖5可知，1～10d巷道頂板離層量隨著時間變化逐漸增加，且增大速度快；10d以后，巷道頂板離層量逐漸穩定，觀察點1和觀察點2分別穩定在11m和10mm后頂板離層量不再變化。根據監測結果可知，巷道頂板離層最大變化量小于理論應當變化的最大值，表明巷道過斷層區域支護取得了良好的效果，可以有效維護頂板的穩定性。

6 結論

5202巷過斷層前分析了正斷層對巷道頂板的影響，采用后退挑頂的方案過斷層，采用深孔爆破+綜掘機相結合的方式掘進，過斷層后采用錨網索、注漿加固、架鋼棚的支護方式加強巷道過斷層區域的頂板支護。頂板離層量監測結果表明支護取得了良好的效果，有效地提高了頂板的強度，保證了巷道的穩定性。