鄒莊煤礦87采區(qū)大巷過(guò)斷層支護(hù)技術(shù)研究

文/林衛(wèi)國(guó)（淮北礦業(yè)股份有限公司）

斷層破碎區(qū)作為一種十分常見(jiàn)的地質(zhì)構(gòu)造，具有強(qiáng)度低、易透水等特性。當(dāng)斷層破碎區(qū)落差很大時(shí)會(huì)直接與含水層導(dǎo)通或相連，巷道掘進(jìn)時(shí)極易發(fā)生突水事故，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致淹井。且斷層破碎區(qū)內(nèi)巖石破碎，強(qiáng)度低，巷道支護(hù)難度大，給巷道圍巖控制帶來(lái)困難[1,2]。

鄒莊煤礦87 采區(qū)大巷在施工過(guò)程前方遇到F25 大斷層，斷層破碎區(qū)內(nèi)巖石破碎，嚴(yán)重影響巷道掘進(jìn)及支護(hù)，且斷層上盤(pán)太灰含水層與煤層頂?shù)装宓貙印皩?duì)接”或使太灰堆覆于煤層之上，井下巷道掘進(jìn)或回采時(shí)存在突水隱患，亟需對(duì)F25 斷層進(jìn)行治理，消除突水隱患，并保障主體巷道順利通過(guò)。

采用地面預(yù)注漿，注漿壓力高，漿液可以進(jìn)入巖體細(xì)小裂隙，注漿效果更好，適用于含水層厚度大或者含水層多而分散的地層；且地面預(yù)注漿深度可超過(guò)1000m，注漿工藝完善，設(shè)備配套，且堵水效果好。地面預(yù)注漿占用建井工期少，不影響正常的采掘交替，大大改善了施工條件，加快了施工速度，提高了施工質(zhì)量[3-5]。

一、工程概況

87 采區(qū)位于鄒莊煤礦井田西部，南坪斷層與F25 斷層所夾持的狹長(zhǎng)斷塊內(nèi)，平面上大致呈南北向的條帶狀分布。總體構(gòu)造形態(tài)為一較寬緩的走向西北、傾向東北的單斜構(gòu)造，采區(qū)北部地層走向、傾向變化較大，且次級(jí)褶曲較發(fā)育。采區(qū)內(nèi)斷層較為發(fā)育，大部分?jǐn)鄬幼呦驗(yàn)楸睎|、東西向，多為南坪斷層、F25 斷層派生中小型斷層。

87 軌道石門(mén)是87 采區(qū)主體巷道，主要穿過(guò)F25 斷層，F(xiàn)25 斷層位于87 采區(qū)東部，為逆掩推覆斷層，上下盤(pán)層位疊置現(xiàn)象嚴(yán)重，走向NNE，傾向SEE，傾角變化范圍40°～50°。在煤層中延展長(zhǎng)度為4932～5175m，最大斷距＞1000m，屬查明斷層。

87 采區(qū)內(nèi)巖性均以泥巖為主，其次為粉砂巖和砂巖。泥巖巖體質(zhì)量一般為中等，屬不穩(wěn)定～中等型；粉砂巖巖體質(zhì)量為中等，屬中等～穩(wěn)定型；砂巖巖體質(zhì)量為中等～良，巖性致密堅(jiān)硬、強(qiáng)度高不易垮落，屬穩(wěn)定型。但F25 斷層內(nèi)巖性混雜，以泥巖為主，粉砂巖、砂巖次之，擠壓揉皺現(xiàn)象比較明顯。

二、地面預(yù)注漿方案設(shè)計(jì)

1.方案設(shè)計(jì)原則

通過(guò)對(duì)87 采區(qū)主體巷道F25 斷層上盤(pán)太灰含水層及F25 斷層進(jìn)行地面預(yù)注漿加固，使得斷層破碎區(qū)巷道實(shí)現(xiàn)空間上的立體注漿效果，注漿段以內(nèi)的破碎巖石膠結(jié)形成整體，從而加強(qiáng)圍巖本身的抗彎能力和承載能力。

2.注漿孔設(shè)計(jì)

布置地面定向多分支鉆孔，設(shè)計(jì)一個(gè)鉆孔單元，包括一個(gè)主孔、5 個(gè)分支孔，根據(jù)施工情況預(yù)留2 個(gè)機(jī)動(dòng)檢查加固孔。主孔以探查層位及構(gòu)造帶位置為主，并初步查明注漿區(qū)域的水文地質(zhì)條件。各分支孔針對(duì)各具體設(shè)計(jì)巷道位置進(jìn)行預(yù)注漿加固，盡量保持以順巷道鉆進(jìn)，控制鉆孔軌跡進(jìn)入巷道設(shè)計(jì)標(biāo)高“著陸”，并沿設(shè)計(jì)巷道延伸過(guò)F25 斷層帶約60m，對(duì)巷道穿越F25 斷層帶兩側(cè)一定范圍進(jìn)行預(yù)注漿加固，改良巷道穿越F25 斷層破碎帶區(qū)域的工程地質(zhì)條件。

3.注漿參數(shù)設(shè)計(jì)

已知太灰正常水位0 m 左右，巷道標(biāo)高-700～-820m，則太灰靜水壓力約7～8.2MPa。結(jié)合注漿設(shè)備耐壓能力，本次選取注漿終止孔壓為10～12MPa，加上700～800m 漿柱壓力約9MPa，總壓力可達(dá)20MPa。根據(jù)注前壓水試驗(yàn)成果，注漿總體上遵循先稀后稠（1.2～1.6）的原則，用不同水灰比的漿液分別去適應(yīng)各種不同寬度的裂隙，同時(shí)根據(jù)注漿過(guò)程中的壓力變化靈活調(diào)整水灰比。鑒于壓水初始孔壓高的特征，本次基本采用1.2 稀漿注漿，僅在完鉆聯(lián)注帶封后期階段，逐漸加大水灰比至1.6 封孔。

4.注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

據(jù)以往注漿經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)注漿壓力為靜水壓力的2～2.5倍、持續(xù)15～30min 時(shí)，可認(rèn)為受注層段注漿已達(dá)到壓力結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，本次終止孔口壓力為10～12MPa。當(dāng)注漿終壓達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后，應(yīng)逐次換檔降低泵量，直至泵量不大于60L/min，并維持30min。注漿后，計(jì)算單位吸水率不大于0.01L/min·m·m 時(shí)，即可認(rèn)為受注層段達(dá)到單位吸水率注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。以上兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)須同時(shí)滿足，即可認(rèn)為該次注漿達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

三、注漿效果檢測(cè)

注漿后經(jīng)壓水試驗(yàn)獲得太灰和F25 斷層帶單位吸水率降至 0.0001～0.0003L/min·m·m，平均 0.0002 L/min·m·m，注漿后單位吸水率降低明顯，平均降低了83.5%，表明F25 斷層帶裂隙不發(fā)育，含水性弱，導(dǎo)水性差，地面預(yù)注漿取得了良好的效果。

注漿結(jié)束后通過(guò)井下超前探查來(lái)驗(yàn)證地面預(yù)注漿注漿效果，在巷道距F25 斷層帶法距30m 時(shí)施工，施工探查鉆孔。超前探查平面布置示意圖如圖1所示。

圖1 巷道超前探查平面布置示意圖

根據(jù)超前探查分析，斷層破碎區(qū)內(nèi)水泥填充效果良好，巖體越破碎，漿液填充越明顯。在斷層破碎區(qū)中心段漿液充填明顯，表明斷層中心區(qū)域裂隙發(fā)育，圍巖被漿液有效充填而膠結(jié)。可見(jiàn)，地面預(yù)注漿效果良好，實(shí)現(xiàn)了斷層破碎區(qū)內(nèi)的圍巖改性，使得斷層破碎區(qū)內(nèi)的破碎巖體膠結(jié)形成完整巖體，從而加強(qiáng)了圍巖本身的抗彎能力和承載能力。

四、巷道支護(hù)方案設(shè)計(jì)

1.巷道支護(hù)方案

由于地面預(yù)注漿注漿效果良好，斷層破碎區(qū)內(nèi)圍巖完整，承載能力較好，故采用全螺紋高強(qiáng)錨桿、錨索進(jìn)行支護(hù)，錨桿采用規(guī)格為φ22mm×2600mm 的左旋全螺紋高強(qiáng)錨桿，間排距為800mm×800mm；錨索規(guī)格為φ17.8mm×6200mm，在頂板布置3 根錨索，錨索間排距為2000mm×2400mm。巷道全斷面支護(hù)圖如圖2所示。

2.巷道支護(hù)效果監(jiān)測(cè)

為了監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)支護(hù)方案效果，在87 采區(qū)大巷中布設(shè)表面位移觀測(cè)斷面監(jiān)測(cè)巷道變形。觀測(cè)曲線如圖3所示。

由圍巖表面位移圖中可以看出在觀測(cè)期內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)處兩幫移近量為87mm，頂?shù)装逡平繛?75mm。巷道施工完成30 天后巷道變形量開(kāi)始收斂。從觀測(cè)結(jié)果中可以看到，支護(hù)后巷道變形明顯減小，變形速度得到有效控制，很好地維護(hù)了巷道的穩(wěn)定，為安全高效生產(chǎn)提供了有力的保障。

圖2 巷道全斷面支護(hù)圖

圖3 巷道圍巖表面位移變化曲線

五、結(jié)論

通過(guò)對(duì)鄒莊煤礦87 采區(qū)斷層破碎區(qū)進(jìn)行地面預(yù)注漿支護(hù)，既縮短了工期，增加了堵水效果，消除了巷道掘進(jìn)過(guò)程中遇到的突涌水隱患，又使得斷層破碎區(qū)內(nèi)的破碎巖體膠結(jié)形成完整巖體，實(shí)現(xiàn)了斷層破碎區(qū)內(nèi)的圍巖改性，從而加強(qiáng)了圍巖本身的抗彎能力和承載能力，為礦井的安全高效生產(chǎn)提供了有力保障。