斷層破碎帶煤巷注漿錨索支護技術(shù)實踐

付文軍

（陽泉煤業(yè)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(zhì)構(gòu)造。受構(gòu)造應(yīng)力影響，斷層附近應(yīng)力集中、礦壓顯現(xiàn)劇烈；斷層破碎帶區(qū)域發(fā)育有次生小構(gòu)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(fā)生長時持續(xù)變形，難以進入變形穩(wěn)定階段，給巷道的掘進及支護工作帶來巨大挑戰(zhàn)。巷道掘成后后期常需要經(jīng)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(shù)予以解決；實踐中，視現(xiàn)場情況，對支護參數(shù)優(yōu)化調(diào)整，以實現(xiàn)對斷層構(gòu)造影響區(qū)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(qū)。主采的15#煤層，平均傾角在7°，平均厚度為5.2 m，煤層節(jié)理裂隙較為發(fā)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(chǎn)量可達4 020 t/d。

15123 工作面回風巷沿煤層頂板布置，巷道設(shè)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(shù)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(shè)計為錨桿支護系統(tǒng)，支護參數(shù)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(yù)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(qū)域圍巖較為破碎，承載能力不佳，受擾動易發(fā)生顯著變形，影響巷道服務(wù)期間的正常使用。圍巖變形有如下特征：

1）斷層破碎帶區(qū)域巷道變形顯著。巷道掘成后七天內(nèi)，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?shù)装逡平窟_1 100～1 500 mm，兩幫收斂量達800～1 400 mm。

2）長時持續(xù)變形。預(yù)計巷道掘成后需經(jīng)歷至少30～60 d方能達到穩(wěn)定狀態(tài)。

3 注漿錨索技術(shù)

針對現(xiàn)場情況，應(yīng)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(qū)煤層巷道的長時流變。一是提高支護系統(tǒng)的強度，通過高強高預(yù)緊力注漿錨索，限制離層形變，保持圍巖整體結(jié)構(gòu)完整，提高圍巖--支護體系統(tǒng)的穩(wěn)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(jié)構(gòu)，從而減輕支護系統(tǒng)的壓力。

考慮到該回風巷受斷層構(gòu)造影響，圍巖破碎、承載能力差，同時巷道圍巖所處應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，支護系統(tǒng)需具有足夠的剛度，滿足復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境支護需求。

基于上述分析，斷層破碎帶區(qū)域巷道擬采用注漿錨索、高強錨注支護系統(tǒng)。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(tǒng)，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(tǒng)控制圍巖的長時持續(xù)變形，保障巷道服務(wù)期間的安全。

該支護技術(shù)特別適用于圍巖條件較差、斷層構(gòu)造附近等應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜的煤層巷道的大變形控制，對于斷層構(gòu)造區(qū)煤巷的支護較為適用。

4 錨注工藝

4.1 支護參數(shù)

基于原支護設(shè)計，增加注漿錨索、高強錨注支護。在原支護的基礎(chǔ)上，頂板增加了三根Φ22 mm×8 250 mm注漿錨索，間排距設(shè)計為1 400 mm×1 600 mm，預(yù)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(shè)計為1 200 mm×1 600 mm，預(yù)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(shè)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(tǒng)對圍巖變形的有效控制。

圖2 注漿錨索支護設(shè)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(yù)緊力下降，要及時補打。

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

（4）當頂板結(jié)構(gòu)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(yīng)采用隨施工注漿錨索隨注漿的方式進行施工。

5 應(yīng)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(jiān)測，數(shù)據(jù)統(tǒng)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(nèi)，仍保持較大巷道斷面，整體穩(wěn)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(jié)論

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

2）應(yīng)用效果比原錨桿支護優(yōu)越。原錨桿巷道變形顯著。巷道掘成后七天內(nèi)，變形速率均值達22～28 mm/d，峰值達101 mm/d，觀測得到的頂?shù)装逡平窟_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(xiàn)場監(jiān)測表明，注漿錨索、高強錨注技術(shù)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(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。