北辛窯煤礦2煤南翼輔助運輸大巷I段巷道過斷層破碎帶支護工藝優化設計及應用

（同煤集團北辛窯煤業有限公司 山西 036702）

1.立項原因及背景

（1）2煤南翼輔助運輸大巷I段總長1198m，巷道掘進斷面為5.84m×4.12m，采用鉆眼爆破法掘進施工，巷道施工至20m位置，將揭露DF1斷層，斷層傾角67°，落差=32m。

（2）巷道處于2#煤層，據已知地質資料分析，孔隙、裂隙含水層主要分布在2#煤層和5#煤層之間，巖性主要為中、粗粒砂巖，2#煤層受頂板二疊系砂巖裂隙水影響，其下部地層裂隙發育，在垂向上厚度較大且連續，局部巖芯破碎。另外，已探明2#煤層頂底板均有含水層發育，且含水層富水性中等。預計最大涌水量110m3/h，正常涌水量60m3/h。

（3）實際揭露情況，巷道偽頂為砂質泥巖，厚度1m左右，巖芯較破碎，砂質泥巖遇水變軟，呈松軟狀態。該斷層區域內巖石破碎較松軟，膠結性差，且受巖石裂隙含水影響，巷道支護困難，施工難度大，對安全生產帶來安全隱患。為此，需要尋求一種新的支護方法來保證巷道施工過程中的安全和巷道掘進支護結構穩定性。

2.研究內容及創新點

(1)研究內容

本研究闡述了2煤南翼輔助運輸大巷I段，過DF1斷層破碎帶支護工藝優化設計及應用。

掘進臨至斷層帶時，頂板出現淋水、破碎、松軟等情況，針對過斷層破碎帶期間頂板可能出現冒落，威脅巷道掘進安全，降低巷道掘進效率等問題，制定了先對斷層破碎帶進行預注漿，再采用管棚進行超前撞楔掩護，對頂板維護后再實施架棚的支護方案，即“注漿+超前撞楔掩護+架棚”全斷面一次通過斷層破碎帶的支護技術。

(2)支護工藝的設計

①注漿強化破碎圍巖

為保證過斷層破碎帶期間頂板安全管理，在掘進至距離DF1斷層3m位置，對巷道頂板實施注漿，操作如下：A.在距頂板1.0m的工作面打一排注漿鉆孔，每排鉆孔布置數量為4個，鉆孔間距為1.2m，鉆孔深度為6m，當鉆孔與頂板工作面成15°仰角。B.頂板工作面打完鉆孔，使用注漿泵進行注漿。斷層破碎帶采用低壓注入，注漿終壓選擇為3-5Mpa。凝固漿液應采用催化劑與馬林散混合配置。通過注漿使破碎頂板形成一個整體結構。C.當注漿孔壓力上升時，漿液注不進停止注漿，并對鉆孔進行封堵。等待巷道頂板工作面的漿液完全凝固后，就能開展掘進工作。D.每排注漿鉆孔的作用范圍約為4.0m，因此，巷道掘進每3m就應開展一次頂板工作面的注漿支護處理。

②永久支護進行優化，增強支護效果，提高頂板穩固性

永久支護工藝的優化設計是指，將頂板錨索長度設置為8.3m（原7.3m），錨索規格φ17.8mm×8300mm，間排距1600mm×2700mm，呈3-3-3（原3-2-3）布置。巷道頂板錨桿（原φ20mm×2200mm）全部變更為φ17.8mm×4300mm短錨索，間排距變為900mm×800mm，且每排支護增加一根長度為5.8m的“JW”型鋼帶。通過增加鋼帶的支護方式、支護材料的變化及支護設計的變更，強化永久支護設計效用。

③超前撞楔掩護架棚（撞楔法通常稱插板法，適用于巷道頂板松軟破碎的條件）

在完成注漿支護與永久支護后，采用在超前撞楔掩護下進行U29架棚支護，以強化支護穩定效果。具體操作：

A.用?35mm鉆桿在巷道拱部打鉆孔20個（根據注漿效果設置），深2.2m，間距20～30cm（具體根據現場情況安排）按掘進方向平行布置，由正頂向兩側均勻布置。超前撞楔選用Φ30mm×2200mm的圓鋼，穿入打好的鉆孔，按200mm～300mm間距沿巷道拱部布置，每排圓鋼掩護三架U29棚，每架一架棚，必須將搭接在棚梁上的圓鋼拴緊拴牢。如圖1：

圖1

B.架棚支護過程必須使用前探梁，前探梁使用10#工字鋼，長度4m，布置兩根，間距2m，前探梁用U型托鉤懸掛，拖鉤用Φ20mm圓鋼加工而成，固定在已架好的棚梁上，前探梁與棚梁間間隙用木楔背緊剎牢，如圖2：

圖2

C.巷道掘進采用人工風鎬+放松動炮掘進，掘進進尺夠一架棚時必須及時架棚。U29型鋼棚棚距600mm，鋼棚分為三段（拱棚及腿棚），拱棚及腿棚搭接長度為500mm，配套卡纜，每架棚配4副卡纜固定棚梁搭接（含拉帶、螺母、螺栓），卡纜外露長度100mm，卡纜間距50mm。棚腿底部焊接200mm×200mm×10mm的鋼板。棚腿兩側各安注2根φ20mm×2200mm錨桿固定牢固；棚架之間布置6根連接拉桿，采用φ20mm螺紋鋼加工制作。

D.架棚時，開始兩架必須先套后架。第一、二架固定采用在每架棚梁肩部各打一組Φ20mm×2200mm的固定錨桿（每組兩根），并安裝U29卡纜下蓋，使棚梁牢固，并對其校正。緊固后方可架設棚腿，安裝拉桿，進行腰幫背頂，嚴禁空頂、空幫現象。第三、四架棚架設時必須使用前探梁做為臨時支護，先上梁后栽腿依次進行架設。

④由于前期已采取注漿+超前撞楔方式對頂板進行維護，巷道斷面成型狀況良好，鋼棚與頂幫空隙較小，需在背板與鋼棚之間鋪設一層φ6.5mm金屬網，鋼棚與頂幫之間用堅硬矸石和背板進行填充，矸石間空隙用混凝土充填即可。鋼棚架設完成后再進行巷道噴漿，架棚后噴漿厚度150mm，需將鋼棚及卡攬等部件全部覆蓋，混凝土標號C20。

圖3 巷道施工示意圖

3.結語

北辛窯礦2煤南翼輔助運輸大巷I段過斷層破碎帶期間，采用“注漿+超前撞楔掩護+架棚”過斷層破碎帶的支護技術，安全通過斷層破碎帶，保證了巷道施工過程中的安全性和掘進支護結構的穩定性，同時也大大提高了掘進效率。