巷道掘進過地質構造復雜帶綜合施工技術研究

付晶晶

（山西焦煤汾西礦業集團基建處，山西 介休 032000）

引言

隨著煤炭開采技術以及管理水平的不斷提升，礦井煤炭產量呈顯著增加趨勢，礦井采掘也已從淺部向深部轉移[1]。深部區域煤層賦存條件更趨復雜、地質構造發育，從而給煤炭安全、高效回采帶來一定影響[2]。當掘進巷道穿過地質構造面臨瓦斯、頂板破碎、水害等多種不利因素，如何確保巷道掘進安全是煤炭開采時需要重點解決的問題[3]。國內外眾多的研究學者對巷道掘進過地質構造復雜帶展開了研究，并提出錨噴注漿加固技術、全封閉支護技術、架棚+錨網支護、U型鋼壁后注漿加固等圍巖控制技術，在現場應用取得一定的效果[4-7]。山西某礦開采深度平均590 m，在1306 巷掘進時遇到多條斷層，原有的巷道施工技術難以確保巷道掘進安全，為此提出采用預先注漿+托頂+U型鋼+錨注技術為核心的巷道綜合施工技術，實現了巷道安全掘進通過復雜地質構造帶。

1 1306 巷工程概況

山西某礦1306 巷設計掘進長度為2 983 m，巷道掘進至590～669 m 范圍時時按照-10°坡度掘進，斷面為直墻半圓拱形，凈高、凈寬分別為5 400 mm、4 100 mm。圍巖支護采用錨桿+錨索+噴漿聯合支護工藝，掘進采用炮掘方式。巷道在掘進至605～650 m 區間范圍時中遇到F105 正斷層、F12逆斷層綜合影響，地質構造復雜、圍巖破碎，給巷道掘進安全帶來明顯威脅。

2 綜合施工技術方案

2.1 超前預注漿加固

在F105 正斷層、F12 逆斷層綜合影響下巷道掘進區域圍巖破碎、地質構造復雜，為此采用管棚注漿法對巷道掘進外輪廓線3m 內巖體進行加固，從而達到封堵圍巖裂隙、增強地質構造復雜帶圍巖穩定性及強度目的。同時施工超前注漿鉆孔還可釋放一定的圍巖應力，避免出現沖擊地壓問題。

將管棚注漿鉆孔沿著巷道頂板下方0.5 m 弧線上布置，間距為0.75 m，注漿孔孔深均為12 m，按照2°仰角施工。注漿時采用的管棚規格為Φ50 mm×10 000 mm。鉆孔施工完畢后注入水泥單液漿，注漿壓力控制為2.5～3.0 MPa。相鄰的兩段管棚間有1 m重疊區域。

2.2 托頂+小循環刷擴掘進

在1306 巷掘進迎頭采用管棚超前注漿加固后，巷道頂板巖層整體穩定性、完整性得以改善。為了確保巷道掘進安全，在巷道外輪廓線內100 mm 位置施工一排錨桿，錨桿規格為Φ40 mm×2 400 mm，按照500 mm 間距布置，并有10°外插角，從而在巷道掘進前方形成一個支護區，從而提高巷道掘進安全保障能力。在支護區下進行巷道掘進斷面刷擴、36U型鋼支護。

在巷道中心位置預留寬度2.0 m、高度1.7 m、長度5.0 m的中心巖體，然后沿著中心巖體由上到下刷擴巷道斷面，循環掘進進尺控制在0.5 m 以內，具體巷道掘進斷面見下頁圖1 所示。通過在巷道中心位置預留中心巖體，不僅可維持巷道前方巖體穩定性、為架棚支護提供作業平臺，而且可降低1306 巷底板3 號煤層突出危險性。當中心巖體長度超過7.0 m 后（長度超過7.0 m 即會影響耙矸機出渣），即可通過炮掘方式掘進中心巖體，并將每次掘進進尺控制在1.0 m 以內。

圖1 巷道掘進斷面示意圖（單位：mm）

2.3 U型鋼架棚支護

為了滿足巷道使用需要，采用36U型鋼支架、噴漿方式對圍巖進行支護。36U型鋼支架按照0.5 m 棚距布置，架棚完成后采用木板（規格60 mm×40 mm×700 mm）背實。待架棚支護5 m 后進行全斷面噴漿支護。噴射的混凝土厚度為200 mm、強度為C20，分2 次噴射，第一次噴射厚度為100 mm，主要起到封閉圍巖目的；第二次噴射厚度為100 mm，主要是通過噴漿將U型鋼與巷道圍巖形成封閉結構，從而提升圍巖控制效果并降低甚至避免圍巖風化。

2.4 錨注支護

在架棚支護保護下在巷道圍巖上施工中空注漿錨桿、中空注漿錨索對圍巖進行二次注漿，具體布置見圖2。通過注漿提高圍巖穩定性及承載能力，采用錨桿、錨索懸吊作用提高圍巖控制效果。

圖2 錨注支護參數（單位：mm）

淺部注漿通過中空注漿錨桿（規格Φ25 mm×4 000 mm）實現，按照1.0 m×0.5 m 間排距施工；深部注漿通過中空注漿錨索（規格Φ22 mm×7 300 mm）實現2.5 m×2.5 m 間排距施工。淺部、深部注漿采用的注漿漿液均為水泥單液漿，水灰質量比分別為1∶（0.6～0.8）、1∶（0.8～1.0）。淺部、深部注漿壓力分別設計為1.5～2.0 MPa、2.5～3.0 MPa，注漿時依據現場注漿需要以及注漿加固效果進行調整。

注漿時先進行淺部注漿，待淺部注漿完成24 h后再進行深部注漿，從而實現注漿漿液在圍巖裂隙內的有效充填，提高圍巖加固效果。注漿按照由下及上順序開展。

3 綜合施工效果分析

巷道圍巖變形反應綜合施工效果最為直觀，待巷道掘進完成在掘進巷道上間距30 m 布置2 個測點，對圍巖變形進行監測，具體監測結果見表1。

表1 圍巖變形量監測結果

從巷道圍巖變形監測結果看出，巷道頂頂底板變形是主要的圍巖變形形式，并以底板底鼓為主，其中底鼓量在監測期間最大為10 mm；頂板下沉量以及巷幫變形量均較小。現場應用表明，文中所提地質構造復雜帶巷道綜合施工技術取得較為顯著的應用成果。

4 結論

1）山西某礦1306 巷掘進過程中受F105 正斷層、F12 逆斷層綜合影響，地質構造復雜、圍巖破碎，加之巷道埋深大、地應力高等影響，巷道掘進經過地質構造帶時面臨圍巖失穩變形問題，給巷道掘進及使用安全帶來威脅。

2）根據巷道實際情況，提出采用管棚超前注漿方式加固掘進范圍內巖層，從而給巷道掘進創造良好條件；通過錨桿托頂確保后續的架棚、噴漿支護安全；采用小循環刷擴掘進降低巷道掘進斷面，可實現巷道掘進安全；最后通過架棚、錨注加固后，對圍巖進行加固，從而確保巷道巖層穩定。

3）現場應用后，1306 巷圍巖變形量最大為10 mm，起到較好的巷道圍巖控制效果。