北辛窯煤礦2煤南翼輔助運(yùn)輸大巷I段巷道過斷層破碎帶支護(hù)工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用

（同煤集團(tuán)北辛窯煤業(yè)有限公司 山西 036702）

1.立項(xiàng)原因及背景

（1）2煤南翼輔助運(yùn)輸大巷I段總長1198m，巷道掘進(jìn)斷面為5.84m×4.12m，采用鉆眼爆破法掘進(jìn)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(jù)已知地質(zhì)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(fā)育，在垂向上厚度較大且連續(xù)，局部巖芯破碎。另外，已探明2#煤層頂?shù)装寰泻畬影l(fā)育，且含水層富水性中等。預(yù)計(jì)最大涌水量110m3/h，正常涌水量60m3/h。

（3）實(shí)際揭露情況，巷道偽頂為砂質(zhì)泥巖，厚度1m左右，巖芯較破碎，砂質(zhì)泥巖遇水變軟，呈松軟狀態(tài)。該斷層區(qū)域內(nèi)巖石破碎較松軟，膠結(jié)性差，且受巖石裂隙含水影響，巷道支護(hù)困難，施工難度大，對安全生產(chǎn)帶來安全隱患。為此，需要尋求一種新的支護(hù)方法來保證巷道施工過程中的安全和巷道掘進(jìn)支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2.研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)

(1)研究內(nèi)容

本研究闡述了2煤南翼輔助運(yùn)輸大巷I段，過DF1斷層破碎帶支護(hù)工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用。

掘進(jìn)臨至斷層帶時，頂板出現(xiàn)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(xiàn)冒落，威脅巷道掘進(jìn)安全，降低巷道掘進(jìn)效率等問題，制定了先對斷層破碎帶進(jìn)行預(yù)注漿，再采用管棚進(jìn)行超前撞楔掩護(hù)，對頂板維護(hù)后再實(shí)施架棚的支護(hù)方案，即“注漿+超前撞楔掩護(hù)+架棚”全斷面一次通過斷層破碎帶的支護(hù)技術(shù)。

(2)支護(hù)工藝的設(shè)計(jì)

①注漿強(qiáng)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(jìn)至距離DF1斷層3m位置，對巷道頂板實(shí)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(shù)量為4個，鉆孔間距為1.2m，鉆孔深度為6m，當(dāng)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(jìn)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(yīng)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(jié)構(gòu)。C.當(dāng)注漿孔壓力上升時，漿液注不進(jìn)停止注漿，并對鉆孔進(jìn)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(jìn)工作。D.每排注漿鉆孔的作用范圍約為4.0m，因此，巷道掘進(jìn)每3m就應(yīng)開展一次頂板工作面的注漿支護(hù)處理。

②永久支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化，增強(qiáng)支護(hù)效果，提高頂板穩(wěn)固性

永久支護(hù)工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)是指，將頂板錨索長度設(shè)置為8.3m（原7.3m），錨索規(guī)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?yōu)?00mm×800mm，且每排支護(hù)增加一根長度為5.8m的“JW”型鋼帶。通過增加鋼帶的支護(hù)方式、支護(hù)材料的變化及支護(hù)設(shè)計(jì)的變更，強(qiáng)化永久支護(hù)設(shè)計(jì)效用。

③超前撞楔掩護(hù)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(hù)與永久支護(hù)后，采用在超前撞楔掩護(hù)下進(jìn)行U29架棚支護(hù)，以強(qiáng)化支護(hù)穩(wěn)定效果。具體操作：

A.用?35mm鉆桿在巷道拱部打鉆孔20個（根據(jù)注漿效果設(shè)置），深2.2m，間距20～30cm（具體根據(jù)現(xiàn)場情況安排）按掘進(jìn)方向平行布置，由正頂向兩側(cè)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(hù)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(hù)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(jìn)采用人工風(fēng)鎬+放松動炮掘進(jìn)，掘進(jìn)進(jìn)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(cè)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(shè)棚腿，安裝拉桿，進(jìn)行腰幫背頂，嚴(yán)禁空頂、空幫現(xiàn)象。第三、四架棚架設(shè)時必須使用前探梁做為臨時支護(hù)，先上梁后栽腿依次進(jìn)行架設(shè)。

④由于前期已采取注漿+超前撞楔方式對頂板進(jìn)行維護(hù)，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(shè)一層φ6.5mm金屬網(wǎng)，鋼棚與頂幫之間用堅(jiān)硬矸石和背板進(jìn)行填充，矸石間空隙用混凝土充填即可。鋼棚架設(shè)完成后再進(jìn)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(biāo)號C20。

圖3 巷道施工示意圖

3.結(jié)語

北辛窯礦2煤南翼輔助運(yùn)輸大巷I段過斷層破碎帶期間，采用“注漿+超前撞楔掩護(hù)+架棚”過斷層破碎帶的支護(hù)技術(shù)，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(jìn)支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時也大大提高了掘進(jìn)效率。