掘进巷道过断层带施工加固技术

关前进

(晋煤集团郑庄矿井项目筹建处)

掘进巷道过断层带施工加固技术

关前进

(晋煤集团郑庄矿井项目筹建处)

晋煤集团某矿12220工作面在掘进过程中揭露F16逆断层，由于巷道处于断层影响区域，巷道煤体顶板破碎严重，整体性较差，冒落严重，通过对断层附近巷道采用锚网索+36 U“O”型棚复合全封闭支护，并对断层破碎区域进行化学注浆加固，提高了巷道的支护强度及围岩的整体强度，避免了冒顶的继续扩展，保证了巷道掘进顺利通过断层区域。

巷道断层 复合支护 注浆加固

晋煤集团某矿12220工作面位于西二采区西翼，所采煤层为2-3煤，煤层厚度平均14.5 m，倾角8°～12°。该面地质构造条件简单，煤层整体呈一向南东倾斜的单斜构造，结构较复杂，层理紊乱，煤层酥软，下巷掘进过程中揭露F16逆断层，倾角35°～71°,倾向210°，对巷道掘进影响较大。下巷标高+144～+155 m，平均采深近500 m，设计全长965 m，采用综掘，不同区域巷道断面及支护方式不同。非断层区域采用锚网索+36 U型棚复合支护，破底掘进，完全破掉煤矸互叠层，底板呈微拱形，拱高1.0 m，打9根锚杆+W钢带支护，底板再进行回填；断层区域(F16断层前后150 m范围)采用锚网索+36 U“O”型棚复合支护，底板打9根锚杆+W钢带支护，同时进行锚注。全断面加强支护，开口架设液压抬棚支架，中间架设一排大力柱，断层附近架设两排大力柱加强支护。

1 巷道冒落原因分析

12220工作面皮带巷在掘进至F16逆冲断层附近时，受断层构造应力影响，巷道顶板严重破碎，掘进期间，顶板随掘随冒，难以支护。经现场观测，顶板冒落呈漏斗状，冒落高度约4 m，每次冒落矸石量约25 m3。经过对巷道现场实际地质条件及冒落特点分析，巷道难以支护的原因主要有：①该工作面处于一水平下山区域，埋深700 m左右，巷道围岩应力高，对巷道支护强度要求高，采取以往的支护经验难以支护;②地层结构差，岩体强度低，根据综合柱状图，该处煤层顶底板以泥岩、砂质泥岩为主，围岩强度较低，且煤层结构复杂、夹矸多，不稳定，对巷道的维护不利;③巷道掘进过程中，由于支护不及时、支护失效或支撑力不足，冒落区没有背严接实，导致冒顶灾害扩大化。

2 冒落处理

由于12220工作面上覆岩层存在168 m的厚砾岩层，掘进中易造成失稳诱发冲击，且下巷即将穿过F16断层，需纳入防冲重点管理区域，因此在下巷断层构造带影响区域(F16断层前后150 m范围)采用锚网索+36 U“O”型棚复合全封闭支护，并对断层破碎区域再进行化学注浆加固。

2.1 断层影响区域掘进巷道支护工艺

下巷断层附近全断面加强支护：采用锚网索并架设全封闭U型钢棚在中间架设两排大力柱(液压抬棚支架)加强支护。从外向里架设36U“O”型棚,净尺寸(宽×中高)为6.6 m×4.5 m，棚距600 mm，棚间为专用拉杆连接，防止棚子歪倒；必要时缩小棚距，减小锚杆、锚索间排距。液压抬棚顶梁长2.8 m、底座长2.5 m、工作阻力为2×2 200 kN、支撑高度2.3～4.5 m。置于中间滞后适当距离呈两排架设，随掘进及时向前。架棚过程中，尽量将冒落碎矸石保留棚梁上方且充填严实，使之受力均匀充分发挥承载性能，为下一步注化学浆液提供条件。

2.2 破碎带注浆加固

打孔注浆加固顶板及两拱帮。U型棚顶梁与前、上方存在2～3m厚碎煤矸，在掘进迎头已成形巷道0.8～1m顶处布置注浆孔，孔深5～8m，注浆孔终端必须超过破碎煤岩体区域，向未掘进的实体碎裂煤岩中注入高分子化学浆液岩层加固剂，对该断层破碎区域进行超前黏结加固，加强巷道顶板强度，增加煤(岩)体的完整性，以保证巷道的正常施工。

2.2.1 注浆材料的选择

由于断层区域附近巷道顶板破碎严重，采取注浆加固时，要求所选材料必须满足凝固时间短、材料力学性能好等条件。经过对比决定采用尤卡尼化学注浆材料，该材料不但在凝胶时间、流动性、反应后强度等方面反映良好，满足巷道破碎区域注浆加固所需条件外，且该材料配比后无刺激性气味，方便井下掘进巷道通风条件差的场所施工。

化学浆液尤卡尼加固材料的主要组分为树脂和催化剂，其黏度分别为400，200CP，密度分别为1.15，1.25g/cm3，体积比为1∶1，凝固时间1～1.5min，发泡倍数5～8倍，结石体抗压强度5.54MPa。

2.2.2 注浆施工工艺及参数

(1)注浆孔布置。根据实际地质条件及以往经验，确定浆液扩散半径为2m，两注浆孔间距为3.5m(注浆过程中，如遇地质条件变化，可进行调整)。在施工过程中，钻孔需斜穿断层区域，在距离掘进迎头1m处向前方煤岩体施工2排钻孔，每排打3个，倾角25°～35°，孔径40～52mm，孔深5～12m，终孔位于巷道顶板中。

(2)注浆设备。注浆管路由旧水管经过钻眼加工而成，管径为45mm。整个注浆过程使用汽动泵提供注浆压力。注浆过程中，注浆压力始终保持在4～6MPa，如注浆压力超过6MPa时，应立即停止注浆。

(3)注浆工艺。依据设计的钻孔参数进行打孔作业，而后下注浆管路并在注浆钻孔口加装封孔器，封孔器的另一端与高压软管与注射枪连接，将注液枪与注浆泵连接，通过注浆泵的两个活塞将尤卡尼化学材料及其催化剂分别抽出，两种材料混合均匀后，由注射枪经注浆管注入围岩裂隙，并在2min时间内迅速凝固，加固围岩。

3 结 论

(1)针对该巷道所处煤层结构复杂、稳定性差、巷道随掘随漏、围岩强度低的特点，以及巷道冒顶段位于断层构造带影响区域下，顶板异常破碎、冒顶高度较大的特殊情况，提出了锚网索并架设全封闭“O”型棚，另在中间架设液压抬棚支架的联合支护方式，为预防冲击地压以及过断层破碎带等特殊地段巷道围岩控制进行了针对性的探索。

(2)通过采取注射化学浆液，改变巷道围岩的破碎状态，达到提高巷道围岩强度的效果，在保证断层区域内施工安全的同时，提高了掘进施工速度，对确保矿井正常的采掘接替具有重要意义。

2014-09-26)

关前进(1975—)，男，助理工程师，041606 山西省洪洞县广胜寺镇。