巷道快速过断层施工工艺及支护技术

杨丁鉴

（临汾宏大雪坪煤业有限公司，山西 临汾 041000）

1 2207 巷工程概述

临汾宏大雪坪煤业有限公司2207 巷位于二采区南部，东部为原河底山采空区，南部为本矿矿界，西部为实体煤，北部为实体煤。对应上覆为2 号煤层采空区，2 号煤层盖山厚度为40～256 m，与9、10、11 号煤层间距为71～85 m。2207 巷设计长度为1 948 m，巷道为矩形断面，断面规格宽×高=4.4 m×3.5 m，工作面回采煤层为9 号、10 号、11 号合并煤层，煤层走向总体趋势北东，倾向西北，倾角3°～13°，平均为8°。根据地面勘探钻孔与井下探顶钻孔资料，该工作面区域煤层稳定，煤层厚度平均6.94m，并含有3 层夹石，厚度平均1.0 m。煤层硬度f 为2～2.5。煤层顶底板岩性如表1 所示。

表1 2207 巷掘进煤层顶底板岩性汇总

2207 巷采用综合机械化掘进工艺，截至目前巷道已掘进1 810 m，根据钻探资料显示，2207 巷掘进至1 725 m 处将揭露一条F2 正断层，断层落差为2.4 m，倾角为45°，预计该断层对巷道影响长度达75 m，对巷道影响较大。

2 2207 巷过断层施工方案

2.1 回采巷道传统过断层方法

对于回采巷道掘进过程中，当巷道掘进遇大断层时常见的过断层方法为绕过断层以及强行破岩过断层[1-3]。

1）绕过断层法：对于断层落差大于10 m 且揭露断层后岩体为单轴抗压强度较高的岩体，如粗砂岩等，采用掘进机、采煤机破岩难度大、采掘效率低时可绕过断层，在揭露断层前20～30 m 处新开切巷，重新搬家准备。

2）强行破岩法：对于断层落差低于5.0 m 且揭露的岩体硬度高，或者落差低于10 m，揭露岩体硬度相对较低，如砂质泥岩、炭质泥岩等，可采用强行破岩法过断层，从而提高工作面煤柱回采率。强行破岩可分为机械破岩和爆破破岩，若岩体强度高，采用机械破岩时对设备损坏严重可采用爆破法进行破岩。

2.2 2207 巷过断层方法

1）由于2207 巷揭露的F2 断层与巷道斜角为45°，断层延伸8207 工作面回采煤层中，若采用绕过法过断层时，8207 工作面需在断层前20 m 处重新施工一条切巷，8207 切巷设计长度为190 m，从而增加回采工作面巷道掘进工程量以及巷道掘进成本费用；同时由于8207 工作面设计回采长度为1 948 m，而F2断层位于采位1 725 m 处，若采用新开切巷法过断层时，工作面煤炭损失量达17.7 万t，大大降低了工作面经济效益，而且会造成采空区遗煤量增加，不利于后期采空区安全管理。所以综合分析决定采用强行破岩法过F2 断层。

2）根据钻探资料显示，2207 巷揭露断层后岩体以粗砂岩为主，岩体单轴抗压强度为44 MPa，岩体强度高，若采用掘进机直接破岩时掘进机截割电机负荷大，易造成电机烧毁，且截齿磨损严重，所以掘进采用松动爆破法进行破岩掘进；而2207 巷在揭露断层后受构造应力以及爆破振动影响，围岩稳定性差，巷道过断层时很容易出现顶板破碎垮落、两帮片帮等，所以在过断层前后10 m 范围内必须对围岩加强支护。

3 2207 巷过断层期间支护技术

为了保证巷道安全快速过F2 断层区，提高巷道过断层期间围岩稳定性，防止过断层期间巷道出现顶板破碎、煤壁片帮现象，决定对巷道围岩采取锚杆（索）、矩形钢棚联合支护[4-5]。

3.1 巷道顶板支护

为了提高顶板稳定性，决定对过断层期间顶板支护进行优化，采用“JW 型钢带+锚索+组合锚索”联合支护。

1）由于原2207 巷顶板采用W 型钢带配合锚杆支护，W 型钢带支护截面积小、刚度低，在应力区支护时易出现变形、断裂现象，所以决定对顶板钢带进行优化：采用JW 型钢带，钢带长度为4.2 m、宽度为0.28 m、厚度为4.75 mm，钢带抗载荷强度为455 MPa，钢带上布置5 个支护孔，孔间距为1.0 m。

2）2207 巷道揭露断层后受构造应力影响，顶板出现断裂破碎现象，造成顶板形成围岩松动圈，而原顶板采用长度为2.5 m 锚杆，锚杆采用一支锚固剂进行锚固，锚固长度为0.6 m，锚固端位于围岩松动圈内，锚固效果差，支护易失效，所以决定将原顶板锚杆更换为长度4.3 m、直径21.8 mm 恒阻锚索，锚索采用三支锚固剂进行锚固，锚索与JW 型钢带配合使用。

3）为了防止断层区顶板出现离层造成围岩浅层出现垮落现象，决定对应力区顶板施工组合锚索，每排施工两组组合锚索，组合锚索主要由一块钢板以及三根长度为8.3 m 的锚索组成，组合锚索布置间距为2.0 m，布置排距为2.0 m。

3.2 护帮支护

为了防止应力区巷帮出现片帮现象，提高巷帮支护质量，决定对巷道两帮采取单锚杆以及迈步式联锁锚索支护。

1）2207 巷掘进至1 715 m 处时对原巷帮单锚杆支护进行优化，决定采用迈步式W 型钢带支护；巷道掘进后及时对顶板补打支护，巷道共计布置四排单锚杆支护，锚杆长度为2.0 m、直径为20 mm，每根锚杆采用一支锚固剂进行锚固；锚杆外露端安装一根长度为0.45 m W 型钢带。第一排护帮施工在距顶板0.5 m，相邻两排护帮排距为1.0 m，布置间距为0.9 m。

2）待巷帮单锚杆支护施工完后，在巷道施工迈步式单锚索支护，锚索施工在相邻两排护板之间，锚索长度为4.0 m、直径为17.8 mm，锚索采用两根锚固剂进行锚固，锚索锚固后外露长度控制在0.25 m。

3）第一根锚索施工在距顶板0.8 m 处，第二根锚索施工在距底板1.2 m 处，第三根锚索与第一根锚索布置相同，相邻两根锚索布置水平间距为2.0 m，如图1 所示。锚索安装后在相邻两根锚索外露端安装一根长度为2.5 m 拉杆进行预紧。

图1 2207 巷断层区围岩支护示意图（单位：mm）

3.3 安装矩形钢棚

为了进一步提高顶板稳定性，防止两帮煤柱应力作用出现片帮现象，在断层区决定架设密集矩形钢棚。

1）矩形钢棚棚腿、顶梁主要由工字钢梁焊制而成，棚腿长度为3.5 m，顶梁长度为4.2 m，钢棚架设顺序为先棚腿后顶梁，棚腿与顶梁之间采用卡缆进行固定。

2）矩形钢棚安装间距为0.8 m，钢棚安装后对棚腿、顶梁安装锚杆进行固定，同时在相邻两架钢棚棚腿之间安装连接杆进行连接；钢棚安装后若顶梁与顶板之间存在间隙时，采用水泥背板进行填充。

4 结语

截至2020 年12 月11 日2207 巷已过F2 断层区，对F2 断层期间围岩采取联合支护技术后，通过20 d 现场观察发现，在0～10 d 范围内由于断层区顶板塑性变形现象严重，顶板会出现局部下沉现象，下沉量控制在0.13 m，顶板未出现破碎断裂现象，在10 d 后顶板围岩趋于稳定，顶板下沉量控制在0.15 m以下，两帮收敛量控制在0.27 m 以下，巷道过断层期间掘进速度达5.2 m/d，取得了显著应用成效。