頂板含水巷道掘進過斷層時的圍巖綜合控制

王 飛

（山西晉煤集團陽城晉圣誠南煤業有限公司，山西 晉城 048000）

我國煤礦地質條件復雜，斷層、陷落柱、褶曲、軟煤破碎帶等地質構造發育，制約我國煤礦巷道掘進效率，影響生產安全[1-2]。巷道頂板含水時，由于水對巖體起到弱化作用，會使巷道頂板圍巖強度降低，易引起巷道頂板失穩，特別是斷層影響區巷道圍巖十分破碎，頂板含水層水通過裂隙涌入巷道，還會腐蝕支護構件，降低了支護系統的可靠性。因此，解決煤礦頂板含水巷道過地質構造影響區的圍巖支護難題，既可以保障煤礦巷道頂板安全，更是緩解我國煤礦采掘銜接緊張局面的重要措施[3-6]。本文結合誠南煤礦清理撒煤平巷的實際地質條件，提出了斷層影響區巷道圍巖綜合控制技術，可為同類條件巷道提供參考借鑒。

1 概況

誠南煤礦主采15號煤層，煤層平均厚度為2.8m，煤層傾角平均5°，埋深59～120m，平均埋深107m。煤層直接頂為泥巖，平均厚4.5m，黑灰色，性脆，致密，含星散狀或結核狀黃鐵礦；基本頂為K2灰巖,平均厚9.5m，灰-深灰色，上部含燧石結核，下部夾泥頁巖，具裂隙；直接底、基本底為泥巖,平均厚13.7m，灰黑色，含炭質，偶見頁巖、砂頁巖，頂部見鋁土質泥巖，偶見黃鐵礦。清理撒煤平巷設計長度為56.772m，開口位置距集中軌道大巷129.995m處，按方位角205°沿煤層頂板掘進，與集中膠帶大巷、回風大巷貫通。巷道設計為矩形斷面，毛寬3.7m，毛高2.7m，毛斷面積為9.99m2，凈寬3.5m，凈高2.5m，凈斷面積為8.75m2。巷道施工過程中的涌水主要來源為頂板灰巖巖溶水，涌水形式為頂板淋水、頂板裂隙滲水，預計最大涌水量0.2m3/h，正常涌水量0.02m3/h。根據礦井地質資料顯示，巷道掘進過程中會揭露SF02正斷層，斷距1.2m。

2 斷層區頂板破壞主因及控制原理分析

2.1 頂板破壞主要原因

誠南煤礦清理撒煤平巷埋深65m，煤層埋深較小，垂直應力和水平應力對巷道圍巖控制影響程度小。但由于巷道頂板為一層厚度起伏較大的泥巖，且基本頂石灰巖為頂板含水層，在斷層構造影響區巖層構造裂隙發育，使得該區域含水量可能增大。巷道掘進后，在掘進動壓影響下，巷道圍巖進一步破壞，加之礦井潮濕空氣通過裂隙進入頂板泥巖，極易導致頂板泥巖風化變形、膨脹破壞，加大巷道頂板的控制難度。

2.2 圍巖控制原理

針對頂板含水且直接頂為泥巖的巷道，在過斷層影響區首先應探測確定斷層影響區范圍，提前采取預注漿加固，封閉巷道頂板及兩幫圍巖裂隙，強化巷道圍巖弱面，提高破碎巖層內摩擦力，在巷道掘進迎頭形成一個注漿加固圈，掩護巷道掘進；其次需降低巷道掘進對圍巖的擾動影響，采取主動支護改善巷道圍巖應力狀態，在圍巖內形成一個壓應力區，提高圍巖承載能力，遇到頂板離層或圍巖變形較大時，及時架棚支護控制圍巖持續變形；最后需噴漿隔絕礦井潮濕空氣與頂板泥巖的接觸，防止泥巖風化。

3 圍巖綜合控制技術

3.1 地質探測

根據地質資料揭示斷層位置，在掘進工作面距斷層30m時停止掘進施工，施工超前探測孔，探測掌握巷道與斷層之間的相對位置關系、斷層分布情況、產狀、影響范圍以及影響區煤層賦存情況、圍巖結構情況，為巷道過斷層影響區時的圍巖控制方案提供基礎資料，明確巷道掘進進入斷層影響區的具體位置，以便采取措施。

3.2 超前預注漿加固

在掘進工作面距斷層破碎區還剩5m時，在巷道迎頭施工超前預注漿加固鉆孔，對巷道前方圍巖進行注漿加固。若鉆孔出水，嚴禁拔出鉆桿，必須及時匯報礦調度并按照防治水規定采取堵水措施，處理后方可進行注漿鉆孔鉆進及注漿施工。注漿加固鉆孔深度為6m，采取搭接布置，搭接長度不小于1m，有效長度5m。鉆孔分2排布置，上排布置4個鉆孔，位于巷道迎頭頂板，間距1.2m，垂直方向仰角均為10°，中間兩個鉆孔在水平方向與巷道軸線平行，兩側鉆孔水平方向向外偏斜與巷道軸線夾角為10°；下排布置3個鉆孔，距巷道頂板1.2m，間距1.8m，中間1個鉆孔垂直迎頭布置，兩側鉆孔向外傾斜與巷道軸線夾角為10°。注漿加固鉆孔布置如圖1所示。

圖1 超前注漿加固鉆孔布置圖

3.3 淺掘深輕擾動及時臨時支護

由于斷層影響區巷道圍巖破碎，頂板控制難度大，為減小巷道掘進擾動影響，縮短單循環空頂時間及空頂距，及時進行巷道頂板支護，保證巷道頂板安全。在巷道掘進過斷層影響區時，巷道單循環掘進進尺由原1.6m縮減為0.8m，與錨桿支護排距保持匹配。在巷道掘進過后，及時采用兩對內注式單體柱加9#π型鋼梁進行頂板臨時支護，單體柱間距為1000mm，與永久支護的排距為800mm。臨時支護后應緊跟著進行巷道永久支護，縮短巷道迎頭頂板空頂時間。

3.4 主動與被動支護相結合

（1）頂板錨索補強

原巷道頂板支護參數為錨桿每排5根，間排距為800×800 mm；錨索每間隔1排錨桿布置1根，沿巷道中線布置，錨索排距為1600mm。為提高巷道過斷層期間圍巖控制效果，保證巷道頂板穩定，在巷道掘進距斷層影響區5m（即與超前預注漿加固同步）時，對巷道頂板進行錨索補強。錨索補強參數為每排2根，間距為1600mm，與原巷道頂板錨索支護間隔布置，補強后斷層影響區頂板錨索呈“2-1-2”布置，如圖2所示。

（2）架棚支護控制圍巖

對斷層影響區巷道頂板進行錨索補強后，每隔10m需設置綜合監測測站，對巷道圍巖變形和頂板離層進行觀測分析。根據巷道圍巖變形情況，及時采取架棚支護控制巷道圍巖變形。架棚支護采用兩對內注式單體柱加9#π型鋼梁，棚距為1000mm。

圖2 巷道頂板支護圖

3.5 封閉圍巖防風化

根據巷道頂板巖性可知，煤層直接頂為泥巖，斷層影響區巷道圍巖破碎，節理裂隙發育，井下潮濕空氣易通過圍巖裂隙進入巷道頂板巖層內部，從而導致頂板泥巖出現風化破壞，加劇巷道頂板失穩。在巷道斷層影響區，頂板進行錨索補強之后，應利用檢修班及時對巷道頂板進行噴漿封閉，噴漿厚度不小于10mm，巷道兩側巷幫頂角不少于50mm。

3.6 礦壓觀測

為分析清理撒煤平巷過SF02正斷層期間的圍巖控制效果，采用十字測點法對巷道圍巖變形進行觀測分析，并在巷道頂板布置頂板離層監測儀，觀測分析巷道頂板離層情況。通過兩個月的觀測可知，巷道頂板最大下沉量為159mm，兩幫移近量最大276mm，巷道頂板前部未出現明顯離層，深部離層值為25mm。可見，誠南煤礦清理撒煤平巷采用以上綜合技術措施后，巷道斷層影響區域圍巖控制效果良好，能夠滿足巷道安全使用要求，且巷道沒有出現明顯涌水現象。

4 結 語

地質構造是制約巷道掘進速度、影響巷道頂板安全的重要因素，在掘進巷道過地質構造影響區時，提前探測構造發育情況、影響范圍，采取超前預注漿加固、淺掘深輕擾動及時臨時支護，及時進行頂板錨索補強和架棚支護以及封閉圍巖防止風化和礦壓觀測等綜合治理措施，清理撒煤平巷斷層影響區巷道頂板最大下沉量159mm，兩幫移近量最大276mm，巷道頂板前部未出現明顯離層，深部離層值為25mm，實現了有效控制巷道圍巖變形、保證巷道安全使用的目的。