增子坊礦303皮帶巷過斷層圍巖支護技術(shù)

趙福棟

（鐵峰煤業(yè)增子坊礦，山西 朔州 037200）

斷層是制約巷道掘進安全的常見構(gòu)造。巷道掘進至斷層附近時圍巖破碎，局部位置構(gòu)造應(yīng)力集中，增加巷道掘進以及圍巖控制難度[1-3]。若過斷層期間巷道支護方式以及支護參數(shù)選擇不當，輕則增加巷道修整工作量，重則給巷道掘進安全帶來嚴重威脅[4-6]。本文以增子坊礦5#層303 皮帶巷過F1～F4斷層為工程實例，采取綜合圍巖控制措施，取得良好支護效果，也可為其它礦井巷道過斷層提供經(jīng)驗借鑒。

1 工程概況

增子坊礦5#層303 皮帶巷沿著5#煤層底板掘進，5#煤層厚度11.96 m，埋深150 m，傾角3°～7°，頂?shù)装鍘r性見圖1。303 皮帶巷設(shè)計掘進長度為1 235 m，巷道斷面規(guī)格為4.5 m×3.2 m，采用EBZ200 掘進機（懸臂式）掘進。303 皮帶巷掘進段位于井田西南部，北為5#煤層回風大巷、東為皮帶大巷，西、南均為實體煤。

圖1 5#煤層頂?shù)装鍘r性

據(jù)地質(zhì)資料，303 皮帶巷掘進至350 m時會揭露F1斷層（H=12 m，323°∠75°），掘進至550 m時會揭露F2斷層（H=10 m，286°∠70°），掘進至670 m時會揭露F3斷層（H=6～12 m，290°∠70°），掘進至1 200 m 會揭露F4斷層（H=10～20 m，275°∠75°）。

受底板奧灰水以及煤層本身含水量較大影響，巷道掘進過斷層期間會出現(xiàn)局部涌水現(xiàn)象。斷層是制約巷道掘進安全的不利因素，根據(jù)以往過斷層經(jīng)驗，擬定過斷層期間采用錨+索+網(wǎng)+帶+噴聯(lián)合支護形式，并輔助采用U29 鋼架棚方式控制圍巖。

2 圍巖分析

303 皮帶巷掘進過F1～F4斷層期間，面臨以下2個的難題：

1）斷層附近圍巖破碎，巷道圍巖強度本身較低。斷層破碎帶受構(gòu)造應(yīng)力影響，部分區(qū)域應(yīng)力集中，加之斷層破碎帶附近巖層本身強度較低，使得巷道掘進過斷層期間容易出現(xiàn)圍巖變形量過大問題。

2）水作用下圍巖膨脹、軟化。據(jù)地質(zhì)資料，巷道掘進過斷層期間可能會有少量的涌水。破碎帶有泥巖、砂質(zhì)泥巖等遇水易膨脹、軟化巖層，從而加劇巷道圍巖支護難度。

3 圍巖支護方案

303 皮帶巷過斷層，擬定采用錨+索+網(wǎng)+帶+噴聯(lián)合支護方案，見圖2。如遇頂板破碎嚴重時，可根據(jù)實際情況采用二次架設(shè)U29 鋼棚補強支護，架棚后采用水泥預(yù)制板密集鋪背頂、幫，頂、幫空隙采用不燃性材料背牢背嚴，與頂幫接實。

圖2 錨+索+網(wǎng)+帶+噴聯(lián)合支護

3.1 主動支護

（1）頂板支護

錨桿為Ф20 mm×2 200 mm的螺紋鋼錨桿，每排5 根，間、排距為1 000 mm×900 mm。錨固用一支MSK2360、一支MSZ2330 樹脂藥錨固劑，錨桿孔深2 150 mm，錨固長度900 mm。錨桿預(yù)應(yīng)力、扭矩力分別控制到80 kN、200 N·m 以上。配合4 200 mm×150 mm×3 mm的五眼W鋼帶支護。

錨索為Ф17.80 mm×7 500 mm 鋼絞線，按“二一二”方式布置，間、排距為2 000 mm×2 000 mm。采用兩支MSK2360 、一支MSZ2330 樹脂藥錨固劑錨固，錨索孔深7 250 mm，錨固長度在1 500 mm以上，錨固段須在穩(wěn)定的煤巖層內(nèi)，預(yù)應(yīng)力在24 MPa以上。

（2）巷幫支護

幫錨桿與頂錨桿材質(zhì)、規(guī)格及間排距一致。錨固用一支MSK2360 樹脂藥端頭錨固，錨桿孔深度2 150 mm，錨固長度600 mm。幫錨桿錨固力、扭矩力分別控制到80 kN、200 N·m以上。W型鋼帶規(guī)格為450 mm×280 mm×3 mm。

幫網(wǎng)及頂網(wǎng)為8#菱形金屬網(wǎng)，網(wǎng)孔均為50 mm×50 mm，規(guī)格分別為5 000 mm×1 300 mm、2 750 mm×1 300 mm。錨索、錨桿托盤分別為350 mm×350 mm×16 mm、150 mm×150 mm×10 mm的鋼托盤。

（3）噴漿

巷道噴漿實行隨掘隨噴，噴漿厚度120 mm，標號C20。噴漿材料中水泥、砂、石子質(zhì)量比為1:2:2。分層噴射，間隔時間為15～20 分鐘，每次噴射厚度為60 mm左右，分次噴射間距在6 m左右。

3.2 補強支護

當斷層帶圍巖特別破碎，采用穿管棚鋼針（1.5吋鋼管超前排管）超前支護，所用的材料為長3 m的1.5 吋鋼管，按照300 mm間距在巷道輪廓線上鋪設(shè),掘進時管棚之間的搭接長度以不小于600 mm為宜。架設(shè)U29 鋼棚與掘進迎頭間距在300 mm以內(nèi)。

架設(shè)U29 鋼時先將棚腿窩掏好，再將棚腿和拉桿安裝好，拉桿為Ф16 圓鋼或螺紋鋼，將鋼棚腿戧緊戧牢。上好梁后根據(jù)巷道中線將鋼棚左右兩腿調(diào)到規(guī)定位置，用不燃性材料將梁兩端與煤幫剎緊背牢，確保架棚質(zhì)量，具體架棚支護見圖3。

圖3 架棚支護

4 效果分析

為掌握過斷層期間圍巖控制效果，在巷道掘進過F1斷層（H=12 m，323°∠75°）、F2斷層（H=10 m，286°∠70°）后在斷層影響帶分別布置1 個測站，對圍巖變形進行為期90 d監(jiān)測，具體監(jiān)測期間內(nèi)圍巖變形結(jié)果見圖4。

圖4 1 號、2 號測站圍巖變形監(jiān)測結(jié)果

從監(jiān)測結(jié)果看出，1 號及2 號測站頂?shù)装濉⑾飵妥冃瘟吭谙锏乐ёo完成50 d后趨于穩(wěn)定，其中1號、2 號測站的頂?shù)装澹飵妥畲笞冃瘟靠刂圃?28 mm、123 mm，115 mm、106 mm。在監(jiān)測期間1號及2 號測站位置巷道圍巖保持穩(wěn)定，架棚未出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，巷道外輪廓幾乎無變化。監(jiān)測結(jié)果表明，采用錨+索+網(wǎng)+帶+噴聯(lián)合支護輔助采用鋼架棚補強支護可以滿足303 皮帶巷掘進過斷層圍巖控制需要。

5 結(jié)論

1）增子坊礦5#煤層303 皮帶巷掘進期間斷層是制約巷道掘進安全主要因素。根據(jù)303 皮帶巷地質(zhì)賦存條件，擬定采用聯(lián)合支護方案。

2）主動支護采用錨+索+網(wǎng)+帶+噴聯(lián)合支護，同時通過噴漿可降低斷層涌水量以及涌水給圍巖控制帶來的不利影響；被動支護采用鋼架棚，提升圍巖穩(wěn)定性。

3）現(xiàn)場應(yīng)用后，斷層影響范圍內(nèi)巷道斷面變化不大，頂?shù)装?、巷幫變形量分別控制在128 mm、115 mm以內(nèi)，可滿足巷道圍巖控制需要。