過連續斷層區煤巷掘進及支護技術研究

朱海峰

（王晁煤礦有限責任公司，山東 棗莊 277518）

0 引 言

巷道掘進過程中常存在過復雜地質構造的情況，其中以遇斷層構造最為普遍。斷層是漫長歷史時期中形成的構造，是巖體中自然存在的特殊結構弱面。斷層的出現不僅會影響巷道的正常掘進，而且在構造應力作用下，斷層影響區域內的圍巖力學強度很低。因此巷道掘進過程中，在地應力和工程擾動的影響下，使處于塑性狀態的圍巖發生漸進性損傷破壞，并最終造成巷道的失穩變形。

現階段，我國煤礦工作面巷道掘進中，在遇落差不超過煤層厚度的小斷層構造時，常采用直接強過斷層的方式。在遇落差達3～6m的斷層時，則采用后退挑頂或后退臥底方法，并配合相應的支護方式以保證巷道圍巖穩定。但在過連續斷層情況下的掘進和支護方式選擇卻很少涉及，本文以王晁礦20408工作面為工程背景，對運輸順槽過連續斷層構造時的掘進支護方式進行研究，并分析巷道圍巖變形情況。

1 工程概況

棗莊王晁煤礦有限責任公司隸屬于臺兒莊區區屬國有控股有限責任公司，礦井位于滕州市級索鎮境內，目前主要回采 3下、12下、14、16、17煤層。其 20408工作面位于204采區，主采12下煤層厚度0.30～2.37m，平均厚度1.20m，可采性指數0.95，開采標高為-270～-470m，屬大部可采薄煤層。12下號煤層頂底板巖性及理化性質見表1。

表1 12下煤層頂底板巖性及理化性質

巷道掘進中發現：頂板巖層不甚堅硬，膠結松散，加上小斷層十分發育，將頂板切割的支離破碎，極易冒落，初次跨落步距為25m，日常下沉量20mm，最大來壓下沉量40mm，屬二級一類頂板。老頂為膠結致密堅硬的長石～石英砂巖，常形成20～30m的空頂，極難冒落，屬來壓強烈型頂板。直接底板為為八灰，局部八灰沉缺，相變為泥巖，普遍含泥巖偽底，厚0.15m。底板凹凸不平，井下常見灰巖擠入煤層，形成“灰巖穿刺”構造，使煤層局部變薄。

20408工作面運輸順槽設計沿12下煤底板矩形斷面掘進835m，采用綜合機械化掘進工藝，錨網錨索支護。當掘進到453m時，巷道揭露兩條正斷層。巷道揭露第一條落差5.0m的正斷層后，斷層將煤層斷開至巷道底板以下，在施工下山找煤期間，迎頭又揭露一條落差14m的正斷層，將煤層抬高至巷道頂板，形成了一處地塹構造。巷道遇連續斷層區巖性變化示意圖如圖1所示。

圖1 巷道遇連續斷層區巖性變化示意圖

2 巷道掘進及支護方式

為避免巷道過連續斷層時形成的地塹式構造對后期施工和運輸的影響，并考慮掘進效率及煤炭資源回收量等情況下，設計對20408工作面運輸順槽在斷層影響區外進行如圖2所示的挑頂施工上山，其具體施工如下：

1）挑頂施工：自運輸順槽地質勘測點J9外延7m開始由外向里逐排以錨桿位置依次進行挑頂施工，并緊跟放頂迎頭施作金屬網、錨桿及錨索等進行巷道二次支護。施工時，先解開頂板金屬網，清空網后冒落矸石，隨后卸掉錨桿托盤，并使用專用找頂工具進行挑頂定位，然后采用風鉆打眼爆破法進行挑頂施工。挑頂時以J9號點向外7m為基準，距離巷道頂板1.3m設好腰線，挑頂前需按250‰坡度將挑頂范圍內腰線標定完畢，打眼挑頂時以基準處巷道高度現場確定需挑頂厚度，挑頂后確保該段巷道頂底板成一個坡度。

采用爆破法進行挑頂施工時，為保證頂板穩定性和巷道安全，炮眼炸藥量控制在0.1～0.2kg，單次放炮僅起爆2個炮眼，炮眼封孔炮泥長度嚴格執行《煤礦安全規程》相關規定。冒落矸石直接墊在該處巷道底板上，并將原老巷道墊實，且保證巷道高度不低于2.3m，底板要清理平直方便人員行走。

2）巷道支護：挑頂前，需對施工段巷道采取臨時支護，即可采用2根長度為4.5m的DN50厚壁鋼管作為前探梁支護，接頂木枇采用長×寬×厚=2200×200×50mm的木枇或長度不小于2200mm半圓木接實頂并用木楔加固。

挑頂后，巷道頂、幫支護采用錨網+錨索進行支護，錨桿排距1.0m，間距0.8m。兩幫采用煤礦井下用雙向拉伸塑料護幫網護幫，2.2m鋼筋梁壓網，φ14×1500mm圓鋼錨桿錨固，錨桿自距頂400～500mm處布置，間排距1000×1000mm。錨索排距1.0m，采用雙錨索梁進行支護：每隔1.0m施工一組錨索，每組2棵；施工錨索時沿巷道中心線布置，緊跟迎頭打設，當前排錨索距迎頭最前一排錨桿超過1.0m時及時打錨索。放炮前永久支護（錨桿）至迎頭距離不大于1000mm，放炮后永久支護（錨桿）至迎頭距離不大于2000mm。

安裝永久支護的錨桿時，托盤必須與圍巖接觸嚴密，托盤、螺母要上緊上牢，頂板螺紋鋼錨桿露出螺母長度10～100mm，兩幫圓鋼錨桿露出螺母長度10～50mm，錨索露出鎖具長度為150～250mm。迎頭矸石達到可以進行頂板錨桿支護的高度時，必須及時進行頂板錨網支護，挑落煤（巖）堆積無法進行錨桿支護時，必須先處理矸石再進行支護。

3 圍巖變形情況

圖2 巷道表面位移監測斷面示意圖

巷道挑頂施工完成后，巷道表面位移觀測采用改進的“十”字交叉法進行測量，在巷道內斷層影響區中心位置布置一個測點，布置方式如圖2所示。在頂底板和兩幫中部分別垂直于表面打φ28mm×0.4m的鉆孔，然后將長φ20mm×0.5m的螺紋鋼放置在鉆孔中央，并且使用一支z235樹脂錨固劑將螺紋鋼錨固在鉆孔內，并外露50mm。根據圖示幾何位置，具體測量方法如下：在A、B之間拉緊測繩，并用鋼卷尺讀取AB值，以測量順槽頂底板的移近量；C、D之間拉緊一鉛垂線，讀取CD的值，以測量兩幫的偏移量。

對20408運輸順槽挑頂完成后即進行觀測，觀測周期為2個月，前期受施工擾動影響巷道位移較大，設置為每天觀測一次，后期巷道逐漸穩定，改為每兩天觀測一次，觀測結果記錄成表，斷層影響區內的巷道圍巖變形量如圖3所示。

圖3 運輸順槽圍巖變形觀測結果

通過圖3可以看出：運輸順槽圍巖位移量的變形趨勢為前期變形快，后期逐漸趨于平緩，巷道頂底板移近速度在支護初期為14 mm/d，兩幫最大移近速度為12.5 mm/d，隨著時間推移，巷道變形速度越來越小，最終穩定在0.1mm/d左右。至觀測結束，兩幫移近量約為150mm，頂底移近量約為190 mm，此時運輸順槽斷面能夠滿足現場運輸要求。

4 結 論

本文以王晁礦20408工作面運輸順槽過連續斷層區為背景，提出采用后撤挑頂的方式避免巷道沿底煤掘進出現的V字形地塹構造，并以鋼管+木枇組合作為臨時支護，以錨網+錨索組合作為永久支護保證巷道斷面的穩定性。通過現場觀測得出巷道圍巖位移量的變形趨勢為前期變形快，后期逐漸趨于平緩，最終圍巖變形量滿足巷道斷面的實際要求，從而為類似情況下的工程提供參考依據。