斷層破碎帶煤巷注漿錨索支護技術實踐

付文軍

（陽泉煤業集團長溝煤礦有限責任公司，山西 和順 030600）

斷層破碎帶是一種嚴重影響煤巷掘進及支護的地質構造。受構造應力影響，斷層附近應力集中、礦壓顯現劇烈；斷層破碎帶區域發育有次生小構造，圍巖松散破碎，承載能力差，圍巖變形顯著。巷道掘成后易發生長時持續變形，難以進入變形穩定階段，給巷道的掘進及支護工作帶來巨大挑戰。巷道掘成后后期常需要經歷多次返修加固，工程量及成本較大，且返修期間影響巷道正常使用。因此需研究斷層破碎帶煤巷的變形破壞特征，提出合理措施加強圍巖控制效果，有諸多學者曾對此進行了研究[1-4]。

針對長溝煤礦15123 工作面回風巷斷層破碎帶附近變形嚴重問題，擬采用注漿錨索支護技術予以解決；實踐中，視現場情況，對支護參數優化調整，以實現對斷層構造影響區煤巷圍巖的有效控制。

1 工程概況

長溝煤礦隸屬陽煤集團，其15123 工作面位于長溝煤礦15#煤層一區。主采的15#煤層，平均傾角在7°，平均厚度為5.2 m，煤層節理裂隙較為發育，硬度較小。工作面標高為+950～+1 000 m，工作面面長為180 m，可采走向長度1 130 m，工作面產量可達4 020 t/d。

15123 工作面回風巷沿煤層頂板布置，巷道設計為矩形斷面，巷道尺寸為寬×高=4.5 m×3 m，在巷道掘進過程中依次揭露F4、F6斷層，揭露斷層具體參數見表1。

表1 F4、F6 斷層上下盤組合情況及厚度

回風巷原支護設計為錨桿支護系統，支護參數為：頂部選用Φ20 mm×2 400 mm普通錨桿，幫部選用Φ20 mm×2 400 mm普通錨桿，錨桿間排距為0.8 m×0.8 m，預緊力100 kN。原支護情況見圖1。

圖1 回風巷原支護布置（單位/mm）

2 巷道變形分析

該回風巷頂板圍巖為泥巖，同時在斷層破碎帶影響區域圍巖較為破碎，承載能力不佳，受擾動易發生顯著變形，影響巷道服務期間的正常使用。圍巖變形有如下特征：

1）斷層破碎帶區域巷道變形顯著。巷道掘成后七天內，變形速率均值可達22～28 mm/d，峰值可達101 mm/d，觀測得到的頂底板移近量達1 100～1 500 mm，兩幫收斂量達800～1 400 mm。

2）長時持續變形。預計巷道掘成后需經歷至少30～60 d方能達到穩定狀態。

3 注漿錨索技術

針對現場情況，應從提高圍巖承載能力與支護體強度兩方面入手以控制斷層破碎區煤層巷道的長時流變。一是提高支護系統的強度，通過高強高預緊力注漿錨索，限制離層形變，保持圍巖整體結構完整，提高圍巖--支護體系統的穩定性；二是通過注漿增強圍巖自身的承載能力，形成圍巖承載結構，從而減輕支護系統的壓力。

考慮到該回風巷受斷層構造影響，圍巖破碎、承載能力差，同時巷道圍巖所處應力環境復雜，支護系統需具有足夠的剛度，滿足復雜應力環境支護需求。

基于上述分析，斷層破碎帶區域巷道擬采用注漿錨索、高強錨注支護系統。從圍巖注漿改性、支護體系強化兩方面控制巷道圍巖變形。即通過普通錨桿和高強注漿錨索的配合，形成多層次高強度支護系統，控制淺部和深部圍巖的離層變形，同時，對圍巖注漿改性提升圍巖承載性能，最終通過錨桿索支護系統控制圍巖的長時持續變形，保障巷道服務期間的安全。

該支護技術特別適用于圍巖條件較差、斷層構造附近等應力環境復雜的煤層巷道的大變形控制，對于斷層構造區煤巷的支護較為適用。

4 錨注工藝

4.1 支護參數

基于原支護設計，增加注漿錨索、高強錨注支護。在原支護的基礎上，頂板增加了三根Φ22 mm×8 250 mm注漿錨索，間排距設計為1 400 mm×1 600 mm，預緊力250 kN；兩幫各增加了三根Φ22 mm×4 250 mm注漿錨索，間排距設計為1 200 mm×1 600 mm，預緊力150 kN；注漿錨索配合300 mm×300 mm×16 mm高強錳鋼鼓形托盤使用。支護設計見圖2。當圍巖條件較差時可適當增加注漿錨索支護密度，從而保證支護系統對圍巖變形的有效控制。

圖2 注漿錨索支護設計巷道斷面（單位/mm）

4.2 施工要點

（1）當巷道圍巖極為破碎時，可通過長4 000 mm、厚8 mm的梯形鋼帶與注漿錨索組成錨索梁加強支護。

（2）每根注漿錨索使用CK2370（里段一根）、Z2370（外段一根）樹脂錨固劑固定，完成錨固30 min后開始緊固，錨索外露長度控制在150～250 mm。完成安裝48 h后，若預緊力下降，要及時補打。

（3）當原設計已施工的錨桿影響施工，可適當調整位置但間距誤差控制在0.5 m。

（4）當頂板結構較好時，可采取集中施工注漿錨索再集中注漿的方式進行施工；若巷道圍巖破碎且頂板來壓顯著時，應采用隨施工注漿錨索隨注漿的方式進行施工。

5 應用分析

為檢驗注漿錨索支護效果，對巷道圍巖變形情況進行實時監測，數據統計見圖3。

圖3 巷道表面位移變化曲線

從圖3可知，最終巷道兩幫移近量102 mm，頂板下沉量81 mm，底鼓量20 mm。注漿錨索有效控制巷道圍巖變形，巷道變形量在可控范圍內，仍保持較大巷道斷面，整體穩定性較好。采用注漿錨索、高強錨注支護圍巖控制效果良好。

6 結論

1）為解決15123 工作面回風巷受斷層構造影響變形嚴重問題，并確保服務期間巷道的正常使用，擬采用注漿錨索、高強錨注技術對頂板進行加固支護。

2）應用效果比原錨桿支護優越。原錨桿巷道變形顯著。巷道掘成后七天內，變形速率均值達22～28 mm/d，峰值達101 mm/d，觀測得到的頂底板移近量達1 100～1 500 mm，兩幫收斂量達800～1 400 mm。采用錨注新工藝后，最終巷道兩幫移近量102 mm，頂板下沉量81 mm，底鼓量20 mm。注漿錨索有效控制住了巷道圍巖變形，支護效果較好。

3）現場監測表明，注漿錨索、高強錨注技術強化了圍巖自身承載性能，改善了圍巖控制效果，抑制了圍巖離層變形，保證了巷道圍巖整體結構的穩定。