巷道過斷層破碎帶施工技術研究

孟麗兵

（山西高平科興南陽煤業有限公司，山西 高平 048400）

斷層是煤礦井下掘進作業中較常見的地質構造，斷層構造的出現會造成工作面應力集中，導致巷道圍巖破碎，增加巷道支護困難，從而影響整個巷道的掘進安全作業。以南陽煤業公司3206 綜放工作面軌道順槽的實際工況來進行巷道過斷層的施工技術實踐研究，探索采用錨索網、注漿加固、支棚等技術措施方案，該施工技術方案有效地提高了巷道圍巖的變形量，保障了巷道掘進的安全。

1 工作面概況

山西高平科興南陽煤業有限公司當前主要開采3#煤層，3206 工作面位于二采區西北，井下標高-578.4 ～-641.6m。3#煤層的煤厚為1.9m～4.1m，平均厚度3.2m，煤層傾角為4°～8°，平均傾角6°。巷道揭露斷層情況如表1 所示。

從表1 數據可知，F3、F5、F6、WF57 等斷層落差都高達3m，對巷道掘進和回采影響較大，必須制定相應的過斷層破碎帶的施工技術方案，防止過斷層時片幫冒頂等安全事故的發生。

表1 巷道揭露斷層情況表

2 斷層影響巷道失穩的模擬研究

2.1 模擬方案設計

使用FLAC3D模擬軟件對3206 綜放工作面軌道順槽1540m 處過斷層帶時的圍巖塑性區范圍和變形量進行研究，從而推斷出斷層對于巷道失穩問題的規律變化。基于3206 綜放工作面軌道順槽1540m 處的巖層性質，建立180m×210m×150m 模型，施加4.0MPa 應力荷載，進一步觀察模擬數據的變化。

2.2 模擬結果分析

2.2.1 巷道圍巖變形量分析

利用FLAC3D模擬軟件得到3206 綜放工作面軌道順槽掘進至1540m 處的巷道底板、頂板和幫部圍巖變形量的數據情況，如圖1 所示。

圖1 3206 綜放工作面軌道順槽1540m 處圍巖變形量

由圖1 數據可知，當施工掘進至過渡帶時，巷道圍巖的變形量迅速增大，至破碎帶時達到最大值。在破碎帶時底鼓量由0.4m 增至1.5m，頂板下沉量由0.44m 增大到1.3m，兩幫的移近量由0.34m 增大到1.14m。從FLAC3D模擬情況來看，3206 綜放工作面軌道順槽掘進至1540m 處的巷道底板、頂板和幫部圍巖變形量都非常之大，必須采取相應的過斷層施工技術措施，保障巷道掘進的安全。

2.2.2 塑性區范圍分析

通過FLAC3D模擬軟件可以模擬得到3206 綜放工作面軌道順槽10m、50m、55 m、60 m、100m 塑性區范圍情況，如圖2 所示。

圖2 3206 綜放工作面軌道順槽巷道圍巖塑性區范圍

從圖2 可知，3206 綜放工作面軌道順槽10m、50m、55m、60m、100m 處幫部塑性區最大范圍分 別 為2.5m、4.6m、3.6m、4.4m、1.9m；10m、55m、100m 處頂底板最大塑性區范圍分別為3.6m、4.0m，5.1m、6.1m，2.9m、4.0m。從上述結果可知，巷道處于50m、55m、60m 處的過渡帶和破碎帶塑性區范圍有了明顯的增大。

3 支護方式的設計

當3206 綜放工作面軌道順槽掘進至斷層附近時停工，采用鉆探技術確定斷層的準確位置，準確掌握斷層到工作面距離?；贔3、F5、F6、WF57等斷層的影響，當3206 綜放工作面軌道順槽掘進至斷層破碎帶時巷道變形嚴重，必須改進支護設計方案，提高支護強度。針對這一情況在該巷道過斷層時設計采用了錨索網、注漿加固、支棚等技術措施方案，并確定了支護參數。

3.1 錨網索支護設計及參數確定

當斷層距離工作面10m 時開始加強支護，加密巷道的錨桿和錨網數量，減小錨桿和錨網的間排距。錨網索支護示意圖如圖3 所示，巷道頂板每排采用6 根Φ20mm×2400mm 高強預應力錨桿，間排距為800mm×600mm；直 徑 為23mm 的CK2350 型樹脂錨固劑，每塊長度為500mm；錨桿均使用配套標準螺母緊固，錨桿錨固力不小于50kN。錨網采用Φ6mm 冷拔鋼筋焊接成的金屬網，金屬網規格為2000mm×1000mm，網格為100mm×100mm，網片搭接壓茬不小于100mm。巷道頂板每排3 根錨索，錨索規格為Φ18.9mm×8300mm 鋼絞線錨索，間排距1600mm×900mm，每根錨索配用1 支MSCK2335 和2 支MSK2360 樹脂錨固劑，錨索托盤采用300mm×300mm×20mm 的高強托盤，高度不低于56mm，配套高強度可調心球墊及鎖具。

圖3 錨網索支護示意圖

3.2 注漿參數的設計

從FLAC3D模擬結果可知，3206 綜放工作面軌道順槽的斷層影響破碎區域較大，必須采用預注漿技術對掘進巷道過斷層破碎帶進行加固處理。當掘進至破碎帶區域時進行巷道頂板巖層的注漿加固作業，設備選用ZBYS 系列便攜式液壓注漿泵，沿巷道軸向布置5 個注漿孔。注漿材料：水泥漿，采用強度等級為42.5 的優質普通硅酸鹽水泥與清水配制。水泥漿液水灰比為0.45～0.55，添加占水泥重量的1%～2%的高效復合早強減水劑。

3.3 支棚支護設計

當巷道掘進至斷層前3m 處，迎頭全部架設鋼棚，鋼棚間距為1000mm。巷道斷面形狀為梯形，頂凈寬3400mm，底凈寬4000mm， 凈高2300mm，凈斷面8 .51m2。支棚支護與錨網索聯合支護情況如圖4 所示。

4 支護效果分析

3206 綜放工作面軌道順槽過斷層破碎帶施工時，采用了錨網索支護、注漿加固、支棚支護等多種技術措施。從該巷道頂板下沉量監測數據表明，頂板下沉量最大數值為68mm，表明該支護技術措施有效控制了巷道圍巖的變形量，提高了巷道的穩定性，為過斷層的安全施工提供了保障。

圖4 軌道順槽支棚支護與錨網索聯合支護示意圖