李 健

（山西高平科兴米山煤业有限公司，山西 高平 048400）

随着煤炭资源的不断开采，越来越多的煤炭资源赋存条件逐渐恶化[1]，回采巷道有时不可避免的布置在断层附近[2]。受邻近断层影响，巷道破坏严重[3-4]，有时甚至不得不放弃对断层附近的煤层进行回采，大量的煤炭资源遭到浪费[5]。因此研究断层对邻近巷道的破坏影响并在此基础上提出相应的围岩稳定性控制措施对于保障矿井的正常安全生产、减少资源浪费具有重要意义。

米山煤业15112 运输巷的布置位置与邻近断层F8 距离较近，水平距离仅为20m，受该断层影响，巷道出现了严重的破坏情况。

1 工程概况

米山煤业15112 综采工作面位于井田东部，平均埋深达到了800m。该工作面所采煤层为15 号煤，煤层走向为东北方向，倾角为3 ～8°，煤质较软，内生裂隙发育，该煤层整体赋存稳定，为全区可采煤层。该工作面采用两巷布置方式，其中15112 运输巷净宽5.0m，净高4.0m，顶板每排布置5 根Ф20×2400mm 的左旋螺纹钢锚杆，间排距为1m×1m；顶锚索采用三花布置，即第一排距巷中线左右1.7m 处各布置一根，第二排在巷中线布置一根，以此循环，排距均为1m，所采用的锚索为Ф17.5×6400mm 的预应力钢绞线。帮部每排打4 根锚杆，间排距为1m×1m，锚杆型号与顶板一致。在对锚杆（索）施工的过程中，锚杆预紧力统一施加至50kN，锚索预紧力统一施加至150kN，锚杆（索）均垂直于巷道断面布置。巷道断面支护如图1 所示。

图1 巷道断面支护图

F8 断层为正断层，倾角45°，落差70m。受此断层影响，15112 运输巷顶板下沉明显，两帮片帮严重，顶板大量锚杆（索）出现剪断拉脱现象，严重影响矿井的正常安全生产。

2 巷道围岩原位实测

2.1 巷道顶底板围岩力学参数测试

在巷道顶板选取合适的位置进行打钻取芯，将所取得的岩芯进行加工后将其密封并带回实验室，采用电液伺服万能试验机对各岩层岩性的力学参数进行了测试。各岩层围岩力学测试结果如表1 所示。

从表1 中可知15#煤上覆岩层依次为泥岩、粗砂岩、砂质泥岩和粉砂岩，底板为泥岩。其中顶板泥岩和粗砂岩层厚分别为3.7m 和3.2m，底板泥岩层厚6.5m。这三层岩层的围岩强度与同类岩层相比整体偏低，顶板粗砂岩之上和底板泥岩之下的围岩强度则相对较高。15#煤节理裂隙较为发育，煤质较软。

表1 巷道顶底板围岩力学参数统计表

2.2 地应力测试

在巷道中选取合适的位置布置4 个地应力测站，使用水压致裂法对其进行了测试，得到地应力测试结果如表2 所示。

表2 地应力测试结果

从表2 中的测试结果可以看出最大水平应力最大34.2MPa，垂直应力最大23.4MPa，最小水平应力最大值27.6MPa，四个测站的侧压系数分别1.5、1.45、1.38 和1.46。巷道受附近断层影响较大，整体处于高应力环境之下。

2.3 顶板围岩窥视

为掌握巷道顶板围岩的裂隙、破碎情况，为支护方案的优化提供依据，在巷道顶板选取合适的位置布置窥视孔，采用窥视仪对其进行窥视，其中窥视深度到达了13m。图2为巷道顶板围岩的窥视结果。

图2 顶板围岩窥视结果

从图2 的窥视结果可以看出，窥视孔0.2m 处孔壁破碎严重，在4.7m处出现了一定范围的破碎带，在6.3m 处则出现了塌孔现象，7.5m 处窥视孔完整性相对较好。依据窥视结果可以得出，距巷道顶板7m 深处以下的围岩裂隙发育并伴有严重的破碎现象，距顶板7m 深处以上的围岩完整性相对较好。

3 不同煤柱宽度数值模拟

15112 运输巷与邻近断层F8 之间的煤柱宽度为20m，为了探究巷道与断层在不同间距下的围岩破坏规律，为相近地质条件下的巷道布置提供依据，采用FLAC3D数值模拟软件对其进行了模拟。所建立的模型尺寸为150m×50m×90m，顶部施加的垂直应力为20MPa，侧压系数设为1.5，所建立的断层倾角为45°，落差为70m。依据表1 设置煤岩力学参数。

与断层在不同间距下时巷道围岩塑性区的分布如图3 所示。图中颜色较深的部分为塑性破坏区。从图中可以看出，当巷道与断层之间的煤柱宽度为5m、10m 时，靠近巷道断层一侧的巷道围岩塑性区延伸到断层附近；当煤柱宽度为15m 时，巷道左侧底角发生大范围的塑性破坏，破坏深度达到了8m，围岩稳定性较差；当煤柱宽度分别为20m、25m、30m 时，巷道围岩的塑性区大范围减小，与煤柱宽度为5m 时相比，分别减小了51%、64%以及69%。尤其是煤柱宽度取值为20m 时，巷道围岩整体稳定性与煤柱为15m 时相比得到显著提高。当煤柱宽度分别为25m、30m 时，巷道围岩塑性区分布范围相近，基本不受断层影响。

图3 巷道围岩塑性区分布图

4 支护方案优化

目前15112 运输巷正在向前掘进，改变其与断层的相对位置难度较大，故着重对其巷道的支护方案进行优化。对于今后此类条件下的巷道布置，可以将巷道与断层间的煤柱宽度适当放大到25m。具体优化方案如下：

（1）为了使锚索的锚固基础更牢，将锚索长度加长至7.5m，并改为三二五花布置。即第一排在巷中布置一根，距巷中线左右2m 处各布置一根，第二排距巷中线左右1m 处分别布置一根，以此循环。排距为1m，锚索预紧力增加至180kN，锚杆间排距不变，长度加长至3m，两根边角锚杆与水平线夹角调整为75°，向帮部倾斜向外，预紧力则增加至70kN。

（2）将两帮锚杆的间排距调整为1m×0.9m，长度加长至3m，在距巷道顶板1.6m 处增打帮锚索，锚索长度同样为7.5m，锚杆（索）所施加的预紧力同顶板一致。

（3）将锚杆的直径加粗至22mm，锚索直径加粗至19.6mm。

（4）巷道支护完毕后随即喷射混凝土，对巷道围岩强度做进一步补强，同时防止围岩表面风化氧化。

5 现场监测

采用优化方案对巷道进行优化后，对其变形量展开了为期30d 的现场监测，监测结果如图4 所示。

从图中可以看出，在原支护方案支护下，巷道两帮移近量、顶底板收敛量分别达到了307mm、257mm。采用优化方案支护后，两帮移近量减小至80mm，顶底板收敛量减小至47mm，与原支护相比分别减少了73.9%、81.7%，巷道围岩稳定性经优化方案支护后得到大幅提高。

6 结论

（1）15112 运输巷顶板的泥岩和粗砂岩围岩强度较低，该区域煤层内生裂隙发育，松散易破碎，在邻近断层的影响下，水平构造应力显现且巷道支护强度偏低，这是造成巷道破坏严重的主要原因。

（2）采用增大支护强度+喷射混凝土的联合支护方案对巷道进行治理。经现场监测结果显示，在优化方案支护下巷道两帮移近量、顶底板收敛量与原方案支护下相比分别减少了73.9%、81.7%，巷道围岩稳定性得到了显著提高。

（3）15112 运输巷目前改变布置位置难度较大，对于今后类似条件下的巷道布置，可将其与断层之间的煤柱宽度适当放大至25m 或30m。