巷道过断层破碎带支护技术研究

巷道过断层破碎带支护技术研究

冀建良

金诚信矿业管理股份有限公司 北京 100071

摘要：伴随我国当前经济与科技的稳定发展，各个行业在发展的过程中都得到一定的改进，巷道围岩塑性区的破坏范围和围岩变形量在断层破碎带较为严重，断层是煤矿井下掘进作业中较常见的地质构造，断层构造的出现会造成工作面应力集中，导致巷道围岩破碎，增加巷道支护困难，从而影响整个巷道的掘进安全作业。

关键词：巷道过断层；破碎带；支护技术

引言

在我国经济实力逐渐壮大，科学技术不断创新的今天，在掘进过程中揭露断层破碎带，巷道顶板下沉明显且涌水量增加，两帮发生大范围的片帮现象。探究该巷道的破坏原因并采取行之有效的支护方法不仅可以保障该矿井的正常安全生产，同时对于其他类似条件下的巷道支护也具有一定的借鉴意义。

1超前支护

掘进工作面遇到断层破碎带时，为保证施工的安全，应当采取专门的施工技术和措施，以顺利通过断层带。根据首采掘进工作面断层破碎带分布范围较大且围岩体破碎程度严重、围岩强度较低的实际情况，提出采用超前管棚加围岩体注浆的联合超前支护技术。以某工程为例：管棚的布置参数如下：在距离断层30m左右时，开始布置管棚超前支护，管棚半径32mm，间距布置为180mm。管棚采用长短交错布置的方式，长管棚为30m，短管棚为25m，管棚倾角为15°。管棚布置完成后，需进行围岩体注浆，围岩体注浆压力、浆液类型、注浆量等参数直接影响和决定注浆的效果。注浆可使松散破碎的围岩体胶结成整体，大大提高围岩体的强度和稳定性。根据掘进工作面的实际地质条件，选取水泥单浆作为注浆浆液，注浆压力2.3MPa。

2支护方式的设计

2.1锚网索支护设计及参数确定

以某工程为例：当断层距离工作面10m时开始加强支护，加密巷道的锚杆和锚网数量，减小锚杆和锚网的间排距。锚网索支护，巷道顶板每排采用6根Φ20mm×2400mm高强预应力锚杆，间排距为800mm×600mm；直径为23mm的CK2350型树脂锚固剂，每块长度为500mm；锚杆均使用配套标准螺母紧固，锚杆锚固力不小于50kN。锚网采用Φ6mm冷拔钢筋焊接成的金属网，金属网规格为2000mm×1000mm，网格为100mm×100mm，网片搭接压茬不小于100mm。巷道顶板每排3根锚索，锚索规格为Φ18.9mm×8300mm钢绞线锚索，间排距1600mm×900mm，每根锚索配用1支MSCK2335和2支MSK2360树脂锚固剂，锚索托盘采用300mm×300mm×20mm的高强托盘，高度不低于56mm，配套高强度可调心球垫及锁具。

2.2掘锚机破岩管理

在某工程中：（1）破岩作业前，必须提前检查掘锚机截割头截齿完好情况；破岩作业时，往复多次进行拉底，严禁硬拉底板，开启内外喷雾洒水，防止产生火花。（2）施工前必须先将掘锚机和皮带运输机停电闭锁，对受影响区域的巷道设施进行局部防护。（3）圆木点柱必须落在硬煤上，保证护顶大板接顶牢实。若接顶不牢时，圆木与护顶大板之间楔入扒钉，使圆木接顶牢实，并将大板用铁丝连接于顶部梯子梁上。检查木棚前倾后仰时，不符合要求的要用尖棍撬动棚腿或用铜锤敲打校正。

2.3架设U型钢临时支架

某工程中，巷道在通过断层破碎区域时，岩层松软分散，常用的主动支护形式如打设锚杆、锚索等难以起到有效的支护作用。对于直墙拱形巷道而言，U型钢支架结构能够有效适应巷道围岩变形，为围岩提供良好的支撑力。根据某工作面回采巷道推进情况，需在巷道开挖后架设3~5排U29型钢支架作为临时支撑。为提高支架的稳定性，钢架间采用拉杆连接，各钢架排距为800mm。在锚网喷初次支护后，可将U29型钢支架撤出，依次沿着巷道轴向往前移，直至将超前管棚加固范围内的巷道掘进完毕。

2.4破碎带围岩注浆加固

某工程中，在综合比对水泥浆、波雷因和玛丽散等煤矿常用注浆材料的优缺点的基础上，决定采用波雷因作为工作面过F 1断层的注浆加固材料。波雷因属于高效改性聚亚胺树脂注浆材料，为水溶性A、B两液型加固材料，其中A液成分主要是多异氰酸酯和羟基化合物，B液为催化剂、助溶剂、发泡剂等化合物。 波雷因的两种液体混合后可以快速经裂隙进入破碎围岩深部并发生化学反应，促使破碎的岩体粘结在一起，达到围岩加固的作用。研究表明，通过波雷因加固材料的应用，可以将破碎围岩的强度由6.1 MPa提高至21 MPa以上，围岩强度提高340%以上；可将破碎煤体强度由2.5 MPa提高至6.9 MPa，强度提高270%以上。在某工作面回风巷掘进遇到断层时暂时停止掘进，在断层处顶板上施工孔径为42 mm、仰角为10°的3个注浆钻孔，注浆钻孔孔深设计为8 m，3个钻孔位置分别为沿中线布置1个，在距离巷帮0.5 m处各布置一个，其中两侧钻孔与巷帮呈45°布置。钻孔布置结束后，采用QB-25型高压双液注浆泵将波雷因A液和B液按照1∶1的比例混合后注入钻孔，要求注浆钻孔封孔长度不低于0.5 m，待浆液从煤壁渗出或者注不进去方可停止注浆。回风巷注浆加固后，每掘进施工1 m，再重新布置1排钻孔3个钻孔，即注浆钻孔排距为1 m。

2.5锚网喷初次支护

锚网喷进行初次支护时，锚杆选用规格为Φ22mm×2400mm的高性能螺纹钢锚杆，锚杆间排距为800mm×800mm，杆体采用规格为Φ22mm的左旋无纵筋螺纹钢筋，保证锚固长度≥800mm，锚固力≥150kN，预紧力矩≥400N•m。托盘选用规格为150mm×150mm×8mm的拱型高强度托盘。锚网喷初次支护结构设计，金属网选用规格为Φ6.5mm钢筋焊接，网片与网孔的规格分别为4300mm×1100mm、100mm×100mm。网片之间通过勾接连接，勾接长度为100mm。混凝土喷射强度等级为C30，配合比1:2:2，掺3%~5%速凝剂，厚度100mm左右，保证内注浆锚杆孔口外露长度不少于30mm，以便于后期复注加固。

2.6超前预注浆

在某工程中，根据对动静载下正断层破碎带的破碎活化分析，确定工作面巷道过断层破碎带的首要措施为超前预注浆。从宏观角度，破碎带围岩注浆加固后，巷道浅部的松散破碎岩体和深部塑性区岩体受到注浆浆液粘结加固作用，不仅使岩石的黏聚力和内摩擦角得到了一定程度的提高，而且使岩石的断裂应力提高，则岩石在动静载的影响下不易被破坏，有效地防止破碎扩展；从微观角度，浆液在巷道掌子面前方破碎煤岩体裂缝等软弱面流动时，会不断地凝固粘结这些煤岩体内的裂隙，形成条带状凝结固体，使破碎岩石以整体形式存在，动静载的影响使岩石不足以进入非连续破坏损伤阶段，从而进一步遏制了岩石的破裂。a.注浆材料结合某工程工作面巷道围岩条件，注浆材料需要满足采煤工作面、掘进工作面等的时效性。故工程注浆确定采用联邦双液注浆材料b.注浆压力及流量工作面埋深大于500 m，根据注浆地层深度计算的最低设计注浆压力为8 MPa，但在注浆过程中，因为黏度变化和其他因素作用而造成注浆压力减小，所以最终注浆压力选取10~15 MPa，注浆流量为20~30 L/min。

结语

综上所述，通过对断层破碎带采取联合支护措施后，有效控制了破碎顶板下沉、离层现象，提高了巷道成型率，保证了巷道安全高效掘进，取得了显著应用成效。

参考文献

［1］孟庆彬，韩立军，齐彪，等.复杂地质条件下巷道过断层关键技术研究及应用[J].采矿与安全工程学报，2017，34（02）：199-207.

［2］贺博，赵冬.注浆加固技术在巷道穿越粉细砂地层中的应用[J].陕西煤炭，2017，36（04）：80-83.