巷道掘进过断层破碎顶板支护技术研究

巷道掘进过断层破碎顶板支护技术研究

发布时间：2021-12-27T11:24:30.182Z 来源：《中国科技人才》2021年第22期作者：牛自斌牛林

[导读] 我国煤矿以井工开采为主，需要掘进大量的巷道，由于煤层赋存条件复杂，巷道掘进必不可少会遇到断层破碎带等地质构造。

鹤壁煤电股份有限公司第八煤矿鹤壁市山城区

摘要：我国煤矿以井工开采为主，需要掘进大量的巷道，由于煤层赋存条件复杂，巷道掘进必不可少会遇到断层破碎带等地质构造。断层破碎带范围内，岩体原岩应力分布复杂，存在局部应力集中现象，受采掘活动影响断层易出现活化，应力环境进一步调整。由于断层是上下盘岩层出现剪切破坏形成的，该区域内岩体相对破碎，稳定性极差，同时断层附近富含裂隙、节理，在采掘活动中易出现透水、突水现象。由于断层构造带应力环境复杂，围岩强度较低，导致巷道支护、维护困难。

关键词：巷道掘进；过断层；破碎顶板；支护技术；研究

引言

断层是制约巷道掘进安全的常见构造。巷道掘进至断层附近时围岩破碎，局部位置构造应力集中，增加巷道掘进以及围岩控制难度。若过断层期间巷道支护方式以及支护参数选择不当，轻则增加巷道修整工作量，重则给巷道掘进安全带来严重威胁。根据实际情况，采取综合围岩控制措施，取得良好支护效果，也可为其它矿井巷道过断层提供经验借鉴。

1 巷道掘进过断层的影响

巷道掘进遇到断层时，受到构造应力影响巷道围岩破碎、胶结性差、强度低。采用普通的锚网索支护时受到锚杆长度限制锚固端处于破碎围岩内，从而无法起到悬吊功能；巷道围岩不平整，锚网、托盘等无法与围岩表面紧密接触、进而无法形成有效的耦合支护单元，使得断层破碎带内锚杆支护失效严重。众多的研究学者从理论、实践等方面对巷道掘进过断层破碎带围岩控制展开研究，并提出注浆、管棚支护、全锚索支护等围岩控制技术，并取得显著的应用效果。但由于不同矿井间煤岩层赋存条件有显著差异，巷道掘进方式、断层赋存条件以及作业人员技术水平等均有明显不同，因此，应根据巷道掘进过断层实际情况，采取针对性支护措施确保围岩稳定。为确保巷道过断层期间围岩稳定，提出采用破碎带注浆+锚网索

+柔性梯形梁联合支护措施控制围岩变形，确保了断层破碎带围岩稳定，为巷道掘进及使用安全创造了良好条件。

2 支护原理

考虑到断层破碎带巷道围岩变形破坏较为严重，在原有支护基础上，选择以中空注浆锚索为主的锚注支护补强技术，其支护原理是:通过中空注浆锚索将矿用新型复合注浆材料注入破裂围岩内，以充填孔裂隙等缺陷，使其胶结成整体，并在巷道浅部区域内形成注浆加固环，以此提高围岩体的内聚力及内摩擦角，增加围岩体的整体承载能力。此外在巷道深部区域内形成局部注浆加固体，以与注浆锚索共同对浅部围岩加固部分起到悬吊、承载的作用，达到控制围岩稳定的目的。

3 断层带巷道变形破坏状况及原因分析

（1）断层破碎带附近巷道围岩较为破碎，且越靠近断层面，煤岩体内部裂隙发育程度越高，导致煤岩层整体性和完整性遭到破坏，力学性能劣化，这是导致断层破碎带巷道变形和破坏的主要原因。（2）断层破碎带破坏了井下巷道围岩的连续性，导致其初始应力呈现差异化分布特征。受断层破碎带影响，过断层破碎带巷道围岩产生附加应力，导致其应力升高。

（3）破碎带厚度较厚，围岩破碎区域大，由重力引起的垂直应力比较大，围岩变形程度难以控制，巷道支护也就越困难。（4）让压效果不佳。支护采用的锚杆抗拉强度达到 180MPa，但是延伸率仅为 2%，整体让压效果较差。当巷道顶板出现应力集中时，由于锚杆让压效果较差，导致锚杆承受较大的剪切应力，导致部分锚杆出现折断、变形等问题，从而增加巷道围岩变形量。（5）掘进方式不当。联巷掘进过程中，施工单位在掘进掌子面进入断层破碎带时，未采取加固顶板的措施就进行了出渣。在顶板不断垮塌的过程中没有做好预判断造成塌冒高度不断增加，进而与上分层底板联通。不科学的掘进处理方式是造成巷道塌冒的重要原因。

4 断层破碎带巷道围岩支护技术

高预应力强主动支护。

顶帮均采用锚网索支护，锚杆规格为Ф24mm、L2.4m 的螺纹钢锚杆，间排距 700mm×700mm，每根锚杆配套 120mm×120mm×12mm 的高强蝶形

托盘，同时配套 2 支树脂锚固剂，1 支ZS2350，1 支ZK2350，保证锚固长度不低于 1.2m，锚杆预紧扭矩不低于 250N?m。采用锚索加强支护，顶板锚索为Ф21.6mm、L5250mm 的钢绞线，间排距 1400mm×1400mm，

注浆加固技术

混凝土止浆墙应尽量选择在无水、岩层相对坚硬的位置，如有水应预先进行抽水处理，清理止浆墙位置内的一切杂物。为减少注浆量，止浆墙和掌子面空隙处填充废渣、废石。由于掌子面顶板塌冒，因此止浆墙选在

-200m 分层 13#联巷掌子面后退 5m 处。为了止浆墙的稳定，巷道需提前进行刻槽，规格为 500mm。刻槽时只能放小炮，以防围岩松动或产生震动裂隙。刻槽结束后，为防底板渗水须提前在底板铺 300mm 厚的砂浆灰（配比为水泥∶砂=1∶2），然后进行止浆墙混凝土浇筑，浇筑工作分层进行，分层厚度为 400mm 左右，要求连续施工，捣固密实。止浆墙浇筑至拱顶 500mm 左右时，浇筑困难，为保证止浆墙使用质量，可采取喷射混凝土的方法进行封顶，混凝土标号为 C20。在止浆墙施工过程中预留 2 根?32mm 的排水管，分别设置在距左右两帮1.0m、距底板 0.5m 的位置处，进水口用金属网片遮盖并用大块矸石压住以防堵塞，出水口安装阀门方便注浆时关闭。排水管将止浆墙内的水导入墙外的临时水窝，用水泵排出。

柔性梯子梁

为了提升断层破碎带内巷道顶板控制效果，确保支护体系可与顶板岩层耦合作用，在巷道过断层破碎带时采用柔性梯子梁控制变形。采用的柔性梯子梁结构包括有 JW 型钢、圆钢、圆钢托盘、夹板以及高预应力锚索等构成，长×宽=4800mm×500mmm。柔性梯子梁中的 6根圆钢（规格φ16mm×4800mm）通过 4 根夹板固定，夹板间距均为 1500mm。柔性梯子梁采用 3 根（规格 φ21.6mm×7000mm ）预应力锚索、 3 块长× 宽

=500mm×250mm 的 JW 钢带固定，锚索及钢带间距均为 1500mm。柔性梯子梁在两排锚杆间布置，排距均为 1200mm。邻近的两排柔性梯子梁采用 2 根（规格φ20mm×1400mm）圆钢连接，间距均为 3000mm。

结束语

综上所述，1）断层带的存在，破坏了巷道围岩的完整性以及连续性，距离断层带越近，巷道围岩越破碎，原有支护已经无法满足使用需求。2）根据井下巷道过断层的实际情况，在充分分析围岩破坏原因的基础上，采用合适的联合支护方案，并设计了合理的支护参数。3）通过工程应用可知，使用优化方案后，断层破碎带位置处的围岩的变形量得到有效控制，在 45d 的观测期内，巷道左右帮位移量相差不大，左右帮的最大移近量为 12.7mm、12mm，顶板位移量为 28.7mm，底鼓量为 23.6mm，支护效果良好。参考文献

[1] 王晓波. 断层密集带煤矿巷道改进复合支护体系[J]. 山西冶金,2020,43(06):59-61+74.

[2] 赵凯.巷道掘进过断层破碎带技术措施研究[J].中国石油和化工标准与质量,2020,40(19):195-197.

[3] 孟丽兵. 巷道过断层破碎带施工技术研究[J]. 山东煤炭科技,2020(05):81-83.

[4] 郭晓朋.掘进巷道过断层支护技术探究[J].能源与节能,2019(11):91-92. [5]宋文侠.断层破碎带大断面巷道围岩变形破坏机理及控制技术[J].煤

炭与化工,2019,42(10):21-24+28.