復(fù)雜地質(zhì)條件下巷道過(guò)斷層的支護(hù)技術(shù)

李亨(山西焦煤霍州煤電集團(tuán)晉北煤業(yè)有限公司，山西 忻州 035100)

0 引言

在礦井建設(shè)的過(guò)程中，巷道的掘進(jìn)不可避免的會(huì)出現(xiàn)穿越斷層的情況，而在出現(xiàn)斷層與巷道交叉時(shí)，巷道的圍巖穩(wěn)定性較差，在掘進(jìn)的過(guò)程中如果不能做好支護(hù)措施，就會(huì)容易造成坍塌問(wèn)題。因此，在巷道過(guò)斷層掘進(jìn)時(shí)，需要使用合理的支護(hù)技術(shù)，以確保支護(hù)的效果良好。

1 礦井掘進(jìn)安全生產(chǎn)的影響因素

隨著煤礦開(kāi)采深度以及強(qiáng)度的不斷增加，巷道掘進(jìn)的難度越來(lái)越大，面臨的地質(zhì)條件更加復(fù)雜，在巷道掘進(jìn)的過(guò)程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)巷道與斷層的交叉，使煤礦生產(chǎn)的安全受到威脅。為了能夠使巷道順利過(guò)斷層，保障礦井開(kāi)采的安全性，需要對(duì)其中的影響因素進(jìn)行充分地了解，然后采取有效的措施進(jìn)行支護(hù)，以保障巷道掘進(jìn)的安全。在煤礦復(fù)雜地質(zhì)條件下，巷道周圍的圍巖堅(jiān)固性受到破壞，其強(qiáng)度下降，因而容易產(chǎn)生圍巖破碎問(wèn)題，如果遇到水流的侵蝕，巷道坍塌的可能性增大，對(duì)于巷道的支護(hù)工藝施工也就越困難。煤礦斷層問(wèn)題的出現(xiàn)，會(huì)使圍巖結(jié)構(gòu)層被破壞，同時(shí)在巷道掘進(jìn)的過(guò)程中，圍巖的強(qiáng)度不足，巷道的穩(wěn)定性就會(huì)下降，存在斷層問(wèn)題。受地質(zhì)運(yùn)動(dòng)的影響，巖層結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生不同程度的變化，這樣在煤礦開(kāi)采中，巖層結(jié)構(gòu)裂縫就容易出現(xiàn)，巷道頂板以及山墻等的承載壓力就會(huì)增大，開(kāi)采生產(chǎn)的安全性沒(méi)有保障，而且在巷道底板圍巖的應(yīng)力集中影響下，支護(hù)技術(shù)的使用就需要合理進(jìn)行選擇，以增強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的有效性，從而使巷道掘進(jìn)能夠安全地過(guò)斷層。

2 巷道掘進(jìn)存在的問(wèn)題

以某礦區(qū)的巷道掘進(jìn)為例，該礦區(qū)所處的區(qū)域內(nèi)，巖漿活動(dòng)較為強(qiáng)烈，而且多斷裂、褶皺問(wèn)題，斷層裂隙發(fā)育，巖石比較破碎，容易透水且穩(wěn)固性不好。在該礦區(qū)進(jìn)行巷道掘進(jìn)時(shí)，安全性受到較大的威脅，巷道掘進(jìn)以及支護(hù)施工存在一定的困難。首先，由于巖體較為破碎，大斷面空間的形成并不容易，這樣巷道在掘進(jìn)時(shí)想要通過(guò)巖體就存在較大的難度。另外，由于透水性的影響，在斷層中容易滲入水分，進(jìn)而可能會(huì)出現(xiàn)泥石流災(zāi)害。再者，對(duì)于永久巷道，其維護(hù)工作的困難較多，維護(hù)成本較高，還存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。煤礦開(kāi)采過(guò)程中，地下工程主要有斜井、斜坡道以及運(yùn)輸平巷等，存在較大的斷面面積，同時(shí)安全性相對(duì)較高，服務(wù)的期限較長(zhǎng)，這部分工程對(duì)于巷道的支護(hù)工藝要求就會(huì)更高，在綜合考慮安全性、成本控制以及經(jīng)濟(jì)效益這些方面后，對(duì)巷道過(guò)斷層的支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比討論，根據(jù)該礦區(qū)斷層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，支護(hù)技術(shù)的使用采取聯(lián)合支護(hù)方式，以工作面預(yù)注漿工藝與超前管棚聯(lián)合支護(hù)工藝聯(lián)合，進(jìn)行巷道過(guò)斷層支護(hù)。

3 支護(hù)技術(shù)使用

3.1 工作面超前預(yù)注漿工藝

巷道在過(guò)斷層時(shí)，結(jié)合礦井的實(shí)際特點(diǎn)，需要在工作面進(jìn)行超前預(yù)注漿，使巷道與斷層交叉位置的破碎巖體能夠得到預(yù)先固結(jié)，形成穩(wěn)固的復(fù)合固結(jié)體，這樣才能夠使巷道掘進(jìn)過(guò)程更加順利。而且在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，斷層位置通常會(huì)出現(xiàn)滲水問(wèn)題，通過(guò)預(yù)注漿，可以將水裂隙有效封堵住，使巷道圍巖更加穩(wěn)固，防止出現(xiàn)坍塌以及泥石流災(zāi)害。

3.1.1 止?jié){墻施工

在巷道過(guò)斷層的迎面位置進(jìn)行止?jié){墻施工，提前埋設(shè)3 根孔口管，在全斷面的位置設(shè)置3 個(gè)注漿孔，根據(jù)斷層破碎帶的寬度來(lái)確定孔的深度，通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土和磚墻一起作為止?jié){墻，厚度控制在1m，孔口管使用的是φ108mm×4mm的無(wú)縫鋼管材料制作而成，長(zhǎng)度為1.5m，保持大概0.5m 的外露部分。

3.1.2 注漿施工

水泥漿主要是以單液為主，在進(jìn)行封口時(shí)使用水玻璃加水泥的雙液漿，如果這個(gè)過(guò)程中需要消耗的漿液比較大時(shí)，可以使用砂漿進(jìn)行注漿。水泥原料使用等級(jí)為42 級(jí)的硅酸鹽水泥，對(duì)水玻璃模數(shù)、單液漿的水灰比、雙液漿的配合比、以及砂漿配比等進(jìn)行確定。由于注漿施工屬于隱蔽性的工程，對(duì)每個(gè)孔段進(jìn)行注漿時(shí)都要確保注入量、終量以及終壓符合設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)要求，這樣才能使注漿的質(zhì)量得到有效保證，同時(shí)提高堵水的效果。在孔段注漿過(guò)程中，達(dá)到終壓后，需要使泵的流量保持穩(wěn)定大概25 分鐘，然后結(jié)束注漿。

3.2 超前管棚支護(hù)工藝

在工作面完成超前預(yù)注漿施工后，注漿完畢需要結(jié)合實(shí)際情況，進(jìn)行超前管棚支護(hù)。

3.2.1 架棚背板施工

使用U 型鋼制作鋼棚，然后用鋼連桿將棚與棚之間進(jìn)行連接，確保每?jī)蓚€(gè)棚之間的連桿為7 根，其中拱部包含3 根，兩邊直墻各含2 根。每個(gè)架棚上有接頭3 個(gè)，使用螺栓將接頭與U 型卡纜進(jìn)行連接。按照有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中要求的中腰線，先架設(shè)生根棚，使用鋼筋進(jìn)行焊接，使用前探梁對(duì)棚梁進(jìn)行架設(shè)，前探梁的材質(zhì)使用無(wú)縫鋼管，利用U 型鋼連接鋼筋掛鉤，棚梁經(jīng)過(guò)校正后將連接件進(jìn)行固定。然后對(duì)棚腿與棚梁進(jìn)行搭接，同樣用U 型卡纜經(jīng)過(guò)螺栓進(jìn)行連接。架設(shè)好U 型鋼棚后，然后對(duì)棚后的鋼筋混凝土背板進(jìn)行架設(shè)，混凝土背板的長(zhǎng)度方向要垂直于U 型鋼，同時(shí)要保證每?jī)蓚€(gè)背板之間的放置緊密結(jié)合，背板后面出現(xiàn)的空區(qū)需要使用木板或者是混凝土背板填實(shí)。

3.2.2 噴射混凝土施工

在U 型鋼棚架設(shè)完成、背板鋪設(shè)完后，需要對(duì)設(shè)計(jì)的具體要求進(jìn)行檢查，查看是不是符合設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，然后清理工作面的危石以及巖面，這主要是為了能夠避免出現(xiàn)因工作面清理不良影響巖面與混凝土之間的粘結(jié)效果，使巷道的圍巖與支護(hù)措施之間從整體上形成良好的效果。對(duì)噴射的混凝土配置比例進(jìn)行優(yōu)化，確保噴射的混凝土從粘結(jié)效果、回彈力、強(qiáng)度等方面能夠滿足施工的具體要求。這個(gè)過(guò)程中需要嚴(yán)格地控制砂石材料的選擇，從粒徑的大小上進(jìn)行控制，在攪拌混凝土的過(guò)程中需要對(duì)速凝劑的使用比重進(jìn)行合理控制。按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行噴射施工，這個(gè)過(guò)程中對(duì)噴射的距離以及角度進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，同時(shí)要注意控制分層噴射所間隔的時(shí)間以及一次性噴射時(shí)混凝土的厚度。在噴射混凝土施工中，用到的細(xì)骨料和水泥的量比較多，而且還需要摻入速凝劑，因此這個(gè)過(guò)程中會(huì)存在變形收縮問(wèn)題，在噴射混凝土施工完成后一周時(shí)間內(nèi)，需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，穩(wěn)固混凝土的強(qiáng)度，使其保持良好的抗?jié)B性能。

4 支護(hù)技術(shù)應(yīng)用效果

從聯(lián)合支護(hù)施工的實(shí)際情況看出，巷道過(guò)斷層取得了較好的應(yīng)用效果。使用超前預(yù)注漿和超前管棚支護(hù)聯(lián)合的方式對(duì)巷道過(guò)斷層進(jìn)行支護(hù)，巷道掘進(jìn)能夠更加容易進(jìn)行，而且速度有所提升，每次掘進(jìn)的距離都能夠維持1m 左右，使巷道圍巖自穩(wěn)時(shí)間較短、巷道掘進(jìn)困難以及巷道斷層滲水等問(wèn)題得到了有效的解決。在復(fù)雜地質(zhì)條件下，對(duì)斷層使用超前預(yù)注漿的施工方式進(jìn)行固結(jié)，可以使斷層的水裂縫得到較好的封堵，使巷道的圍巖進(jìn)一步穩(wěn)固，而且使用超前管棚聯(lián)合支護(hù)的方式，減小了巷道出現(xiàn)變形的可能，巷道圍巖的承重能力得到提高。工作面在進(jìn)行預(yù)注漿施工后，斷層的破損巖體被混凝土固結(jié)成穩(wěn)定的復(fù)合體，巷道掘進(jìn)順利很多，在邊掘進(jìn)邊支護(hù)的過(guò)程中，巷道圍巖與支護(hù)措施之間能夠共同受力，巷道掘進(jìn)過(guò)斷層不會(huì)出現(xiàn)大面積的坍塌。經(jīng)過(guò)聯(lián)合支護(hù)后，巷道成功穿越了斷層結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在礦井建設(shè)巷道過(guò)斷層時(shí)，地質(zhì)條件非常復(fù)雜，在選擇支護(hù)技術(shù)時(shí)需要對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件的特點(diǎn)進(jìn)行充分的分析，綜合考慮各方面影響因素，選擇合適的支護(hù)技術(shù)，通過(guò)有效的支護(hù)防護(hù)，使巷道能夠更加順利通過(guò)斷層地質(zhì)段。