掘進巷道過斷層破碎帶聯合支護技術研究

郭艷飛

（潞安化工集團漳村煤礦，山西 長治 046032）

引言

巷道的設置方便了人們開采和運輸煤炭，同時改善了開采和運輸環境的通風條件，并為及時排水創造了通路。但是受到巷道鉆鑿地的地下水文地質條件、煤層賦存條件和巷道支護參數等多種因素的影響，在煤礦開采工作過程中形成的回采巷道會出現各種威脅巷道正常使用的情況，比如，圍巖產生不同程度的變形和裂縫產生滲水、采空區頂板巖層懸空出現頂板片幫垮塌現象。因此，為了保證巷道不受威脅，維持其正常使用，需要考慮巷道鉆鑿地地下水文條件和地質構造等因素，采取有針對性的圍巖控制技術。地下水文和地質構造對回采巷道的影響會隨著掘進深度的增加而變大，并且巷道在挖掘過程中會遇到陷落柱、褶皺和斷層等地質構造，這時圍巖會出現破碎、穩定性變差等一系列問題，這給圍巖控制帶來了極大的挑戰，特別是當掘進過程中遇到斷層破碎帶時，對圍巖的控制就變得更加困難。以潞安化工集團某礦1506巷道掘進通過DF21斷層為工程實例，綜合分析并針對該巷道圍巖特性，提出了可應用注漿+U型鋼架棚+錨網噴的聯合支護技術并展開分析。

1 1506巷工程概況

該礦1506巷從5號煤層底板開始向內掘進，設計掘進距離590 m，設計掘進斷面為半圓形，設計掘進方式為綜合機械化掘進。5號煤層全區可開采，煤層均厚5.9 m，傾角10°，設計掘進區位于褶皺背部。通過前期地球物理勘探資料可知該煤層賦存條件復雜，煤層上面覆蓋有0.26 m的泥巖偽頂、賦存穩定性不足；直接頂厚度3.6 m，有大量的泥巖和少量的粉砂巖覆蓋；基本頂厚度2.8 m，有大量的細砂巖和粗砂巖覆蓋；直接底厚度2.8 m，有泥巖和砂質泥巖覆蓋。泥巖和砂質泥巖具有較高的軟化系數和較大的孔隙率，因此遇水極易泥化，造成煤層頂底板承載力過低。并且在掘進過程中會遇到DF21、DF26等多條斷層，這給圍巖的控制帶來了極大的挑戰，特別是DF21斷層，對巷道掘進和圍巖支護的影響尤為顯著[1-2]。

2 掘進過斷層破碎帶圍巖支護技術

當1506巷掘進到達DF21斷層時，圍巖會產生破碎和裂隙，從而會出現頂板破碎嚴重、圍巖變形量過大、頂板片幫垮塌、冒頂等威脅巷道正常使用的現象。因此，為了有效支護圍巖，控制圍巖變形，提出了將注漿、U型鋼架棚和錨網噴聯合應用的圍巖控制支護技術方案。

2.1 超前預注漿

采用超前預注漿的方式可以對斷層破碎帶周圍的圍巖進行加固，創造了良好的安全施工環境，從而實現巷道安全掘進過斷層。5號煤層的頂底板含有大量的軟化系數高、孔隙率大、承載能力低的泥巖和砂質泥巖，遇水時極易泥化，因此在采用超前預注漿技術時，應采用泌水率相對較低的水泥漿液，聚氨酯黏度低，有較好的流動性，膠結后強度增強，因此本技術應用中采用聚氨酯作為注漿材料[3]。

下頁圖1為在巷道內設置的施工注漿孔示意圖，設置注漿孔深度為4.0 m，聚氨酯加壓0.8 MPa后通過注漿管注入斷層破碎帶中，連續注漿20 min即可停止注漿，此時注漿完成，待注漿完成后15 min即可開始掘進巷道。

2.2 錨網噴、U型鋼支護

圖1 巷道內施工的注漿孔示意圖

通過超前預注漿技術，斷層破碎帶已經被注漿材料填補，斷層內巖體整體的穩定性和強度被大大提高，此時可以對錨桿、錨索和U型鋼架進行架設，完成對圍巖的支護。選擇支護錨桿的直徑為20 mm、長度為2 600 mm，相鄰錨桿之間的間距為1 000 mm、排距為1 000 mm，錨固力為60 kN，抗拉強度為190 MPa，錨固劑采用樹脂錨固劑。金屬托盤與錨桿支護配套使用，采用長度為250 mm、寬度為250 mm、厚度為10 mm的金屬托盤。為了減少或避免混凝土產生裂隙，在巷道表面鋪設金屬網，采用菱形金屬網，長度為3 000 mm、寬度為3 000 mm、厚度為4 mm。當金屬托盤和金屬網鋪設完成后，在巷道表面噴射一層強度為C30的抗滲混凝土，噴射厚度以80 mm為宜。斷層內錨網噴、U型鋼支護的設計圖如圖2所示。

圖2 錨網噴、U型鋼支護設計圖

3 斷層破碎帶圍巖支護效果分析

現需對巷道圍巖的變形量進行監測，設置兩個測站，間隔為15 m，兩個測站分別設置3個監測點，圍巖變形量用頂板下沉量和兩幫收斂量兩個指標反映，分別對兩個測站的頂板下沉量和兩幫收斂進行變形量的監測，監測時間為1 d、3 d、5 d、7 d、···，27 d，以此來確定超前預注漿，錨網噴和U型鋼的支護效果。監測站頂板下沉量和兩幫收斂量變化如圖3所示。

圖3 測站頂板以及巷幫變形量監測結果

從圖3中曲線變化趨勢可以看出，圍巖變形量在前7 d內變化明顯，7 d之后的變形量趨于穩定，頂板下沉量比兩幫收斂量大，測站2的圍巖變形量大于測站1的圍巖變形量，這是由于測站2有一定量的漿液涌出，導致斷層強度相比測站1低。兩個測站的最大頂板下沉量分別為30.5 mm和44.3 mm，最大兩幫收斂量分別為25.6 mm和35.4 mm。兩個指標的最大值均在圍巖變形量允許范圍內。由此可見，通過聯合注漿、錨網噴和U型鋼支護技術可以有效增加圍巖強度，減少圍巖的變形量。

4 結論

1）巷道掘進過程中遇到復雜的地質構造導致圍巖出現變形，斷層破碎帶對掘進安全的影響尤為明顯，若不采用針對性的圍巖控制措施會出現威脅巷道掘進安全的問題。

2）采用超前預注漿、錨網噴和U型鋼支護的聯合支護技術，有針對性的對圍巖支護技術進行了改進，控制圍巖變形。根據實際情況對注漿、錨桿、金屬網等支護參數進行設計。實際應用中將最大巷道頂板和兩幫收斂量分別控制在44.3 mm和35.4 mm，均在圍巖變形的允許范圍內，說明本文提出的聯合支護技術是可行有效。