巷道過斷層破碎帶支護方法實踐

武志龍

（山西西山煤電股份有限公司西曲礦，山西 太原 030200）

在工作面回采巷道掘進過程中會經常穿過一些褶皺、斷層等地質構造帶，這些地質構造的存在，其影響范圍內煤巖體會有不同程度的破碎，當巷道穿過煤巖體破碎區域時可能出現冒頂等問題。據相關資料顯示，冒頂作為井下最常見的頂板事故，約占礦井事故的40%以上，而掘進冒頂事故約占礦井冒頂事故的70%以上。因此，如何過圍巖破碎帶是確保巷道安全高效掘進的重要基礎[1-5]。近年來，隨著巷道掘進支護技術的發展，管棚支護的應用有力的保障了巷道穿越圍巖破碎帶，但是管棚施工繁瑣，勞動強度大，不利于高效掘進。西曲礦81404工作面回風巷在掘進施工過程中，揭露一條落差2.4 m的F1正斷層，斷層附近巖體破碎嚴重，經過現場研究，放棄了管棚支護，在注漿加固的基礎上通過實施“錨網索+W鋼帶+礦工鋼+水泥背板” 聯合支護，有效的保證了回風巷的安全高效掘進。

1 工程概況

81404工作面所采煤層為8#煤層，煤層均厚3.2 m，煤層傾角平均為4.2°，煤層埋深平均為516 m，煤層堅固性系數f=0.2～0.5，煤層發育不穩定。8#煤層偽頂為厚0.3 m 的泥巖，直接頂為均厚2.6 m 的石灰巖，基本頂為均厚4.5 m 的粗粒砂巖，底板為均厚3.7 m 的炭質泥巖和細粒砂巖。81404 工作面回風巷設計長度為1700 m，斷面規格（高×寬）為3200 mm×5000 mm，回風巷在掘進施工過程中揭露一條落差為2.4 m 的F1正斷層，斷層附近煤巖體破碎嚴重，給掘進施工帶來較大影響。

2 過斷層破碎帶支護實踐

81404工作面回風巷掘進過F1斷層破碎帶預計走向影響范圍可達30余米，在借鑒兄弟礦井過斷層破碎帶經驗的基礎上，結合81404工作面回風巷斷層實際情況，決定對破碎圍巖進行預注漿加固，然后實施“錨網索+W鋼帶+礦工鋼+水泥背板”對該段巷道進行聯合支護。

2.1 破碎帶圍巖注漿加固

在綜合比對水泥漿、波雷因和瑪麗散等煤礦常用注漿材料的優缺點的基礎上，決定采用波雷因作為81404工作面過F1斷層的注漿加固材料。波雷因屬于高效改性聚亞胺樹脂注漿材料，為水溶性A、B兩液型加固材料，其中A液成分主要是多異氰酸酯和羥基化合物，B液為催化劑、助溶劑、發泡劑等化合物。波雷因的兩種液體混合后可以快速經裂隙進入破碎圍巖深部并發生化學反應，促使破碎的巖體粘結在一起，達到圍巖加固的作用。研究表明，通過波雷因加固材料的應用，可以將破碎圍巖的強度由6.1 MPa提高至21 MPa以上，圍巖強度提高340%以上；可將破碎煤體強度由2.5 MPa提高至6.9 MPa，強度提高270%以上。

在81404工作面回風巷掘進遇到斷層時暫時停止掘進，在斷層處頂板上施工孔徑為42 mm、仰角為10°的3個注漿鉆孔，注漿鉆孔孔深設計為8 m，3個鉆孔位置分別為沿中線布置1個，在距離巷幫0.5 m處各布置一個，其中兩側鉆孔與巷幫呈45°布置。鉆孔布置結束后，采用QB-25型高壓雙液注漿泵將波雷因A液和B液按照1∶1的比例混合后注入鉆孔，要求注漿鉆孔封孔長度不低于0.5 m，待漿液從煤壁滲出或者注不進去方可停止注漿。回風巷注漿加固后，每掘進施工1 m，再重新布置1排鉆孔3個鉆孔，即注漿鉆孔排距為1 m。注漿鉆孔布置見圖1。

2.2 支護方案的確定

采用波雷因對破碎圍巖加固后，采用“錨網索+W鋼帶+礦工鋼+水泥背板” 對巷道進行聯合支護。頂板錨索采用規格為Φ21 mm×10000 mm的鋼絞繩，錨索間排距為1800 mm×2000 mm，錨索預緊力要求不低于170 kN；頂錨桿和幫錨桿均選用Φ22 mm×2500 mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為900 mm×1000 mm，錨桿錨固力要求不低于200 N·m；工作面打完錨桿和錨索后，沿頂板架設11#礦工梯形棚，頂梁采用5 m長的11#礦工鋼，棚腿采用3.1 m的11#礦工鋼，梯形棚與巷幫接觸處采用規格（長×寬）為1200 mm×300 mm的水泥背板背實，梯型棚排距為1 m，相鄰棚子之間采用連桿進行連鎖，水泥背板必須上下、左右對接嚴實，以提高梯形棚的穩定性；為了防止梯形棚變形和棚腿因巷道收斂變形出現憋出，再距離頂板和底板1.2 m處施工鎖腿錨桿，即再在棚腿兩側施工錨桿，然后采用卡欄將棚腿抱箍在巷幫上。

圖1 81404工作面回風巷過斷層聯合支護參數

3 支護效果分析

對81404工作面F1斷層影響區域破碎頂板進行注漿加固后，頂板巖體的完整性和強度得到了顯著提升，在掘進施工和支護作業過程中未出現明顯的頂板冒漏現象。對頂板取樣分析發現，采用波雷因進行頂板加固后，波雷因A、B液在混合后能夠快速滲入到破裂巖體內部并迅速凝結，將破碎的巖體粘結形成具有一定強度的整體。通過采用“錨網索+W鋼帶+礦工鋼+水泥背板”聯合支護的實施，巷道圍巖能夠在“錨網索”和礦工鋼梯形棚的雙重作用下得到控制，該支護的優點是在頂板注漿加固后充分發揮“錨網索”的主動支護作用和梯形棚的被動支護作用，給予頂板及時有效和強大的支護力，確保巷道圍巖變形控制在一定范圍。通過該支護方案的實施，F1斷層破碎帶每天可進尺4 m，相比于非破碎帶普通支護條件下降低1 m/天，通過該破碎帶共計8天。通過對該段巷道變形收斂量觀測可知，掘進施工30天后，巷道頂底板累計收斂312 mm，兩幫累計收斂345 mm，分別為設計斷面的7.4%和6.9%，巷道收斂變形較小，達到了預期支護效果。

4 結語

西曲礦81404工作面回風巷在掘進施工過程中遇到因F1斷層形成的破碎帶，出現頂板冒漏、巷幫失穩傾向，嚴重的阻礙了該巷道的正常施工作業。通過借鑒其他礦井支護經驗，基于巷道實際，先采用波雷因進行頂板預注漿加固，然后采用“錨網索+W鋼帶+礦工鋼+水泥背板”聯合支護，有效的提高了巷道頂板的完整性和強度，保證了巷道掘施工速度和安全性，實現了巷道收斂變形在可控范圍，取得了較好的經濟和社會效益。