廉强

（晋能控股煤业集团高山煤业有限公司，山西 大同 037001）

巷道掘进遇断层时，煤体以及顶底板岩体裂隙发育、强度降低，特别是掘进过断层破碎带时容易出现冒顶、片帮或者底鼓等情况，给巷道掘进安全以及围岩控制等带来一定制约[1-2]。国内外众多研究学者对巷道掘进过断层技术以及围岩控制技术等展开研究，并提出超前注浆、超前锚索、工字钢架棚等多种围岩控制技术，现场应用成果显著[3-4]。由于不同矿井间工作人员专业水平、巷道地质条件等均存在明显差异，若直接照搬其他矿井过断层破碎带围岩控制技术，往往难以达到预期效果[5-8]。高山矿一采区回风大巷掘进期间会揭露多条断层，面临的主要难题为围岩淋水、破碎等，巷道围岩控制难度高甚至可能出现冒顶事故。为此，在分析该回风大巷过断层破碎带区域地质条件及巷道围岩等情况的基础上，设计了高山矿一采区回风大巷断层带支护方案，并在现场实施中取得了良好效果。

1 工程概况

一采区回风大巷沿9#煤层顶板掘进，两帮均为实体煤，如图1所示。9#煤厚1.9 m、煤层倾角7°，赋存稳定，顶底板以灰岩、细砂岩以及泥岩等为主，如表1所示。采用掘进机（EBZ-200A）掘进，用FBD-NO6.3的局部通风机（功率2×30 kW）供风。

图1 一采区回风大巷位置

表1 9#煤层顶底板岩性

设计断面直墙半圆拱形（净宽5.6 m、净高4.3 m），采用锚网索支护方式，如图2所示。根据已有地质资料判定一采区回风大巷在掘进至720～890 m区间内会揭露5～12条断层，断层落差一般在1.5～3 m。受断层影响，巷道可能出现顶帮破碎、淋水现象，对巷道的掘进影响较大。安全快速掘进通过断层影响区，是实现一采区回风大巷高效掘进的关键。

图2 巷道支护断面

2 巷道过断层技术

2.1 巷道快速掘进技术

一采区回风大巷掘进揭露的断层落差一般在3 m以内，采用EBZ-200A综掘机掘进时可快速推进。在掘进揭露整断层时，可通过下盘挑顶、上盘卧底方式掘进，在断层上下盘交汇处通过补打锚索、加密锚杆索等方式牵挂支护。具体综掘机过断层如图3所示。在过断层期间，应尽量避免综掘机全部处于岩层中，在破底或者破顶后，应尽快掘进至另一盘全煤位置处。由于过断层期间需要截割岩层，因此综掘机可更换采用小直径截割头并对截割头外层增加耐磨处理。当掘进遇到大块矸石时，可辅助采用松动爆破方式破岩，增加岩体裂隙并降低综掘机截割头破岩难度，缩小巷道掘进过断层时间。在综掘机喷雾用水系统中添加一定量除尘添加剂，并与水混合均匀后通过喷嘴喷出进行降尘，以便改善掘进过断层期间迎头环境质量。

图3 巷道过断层

2.2 过断层围岩支护技术

一采区回风大巷围岩变化情况，对支护方式进行调整。

（1）过破碎区域减少锚杆（索）间排距，锚杆间排距由900 mm×900 mm变更为900 mm×800 mm，锚索间排距由1 800 mm×1 800 mm变更为1 800 mm×1 600 mm，顶板铺设双层金属网（ϕ6-100×100 mm钢筋网和50 mm×50 mm网格菱形金属网），W钢带规格4 500 mm×250 mm×3 mm。在顶板凹凸不平锚杆失效位置使用ϕ17.8 mm×4 500 mm锚索替代顶锚杆进行支护，配套异形托盘250 mm×150 mm×12 mm，W钢护板规格450 mm×250 mm×3 mm，锚索锚固力不得低于285 kN，预紧力不低于180 kN。

（2）当缩短间排距、锚索替代锚杆还不能有效维护住顶板时，施工锚杆超前支护，使用ϕ20 mm×2 200 mm锚杆，间距300 mm，排距1 600 mm，锚杆搭接800 mm。

（3）增加三眼组合锚索，组合锚索间排距为2 000 mm×1 600 mm，二二布置，组合锚索采用ϕ17.8 mm×7 300 mm配 套600 mm×600 mm×16 mm锚索托盘；锚固剂为一支MSK2360型加两支MSZ2360型，锚固长度控制在1 800 mm；锚固后施加到锚索上预紧力控制180 kN以上。具体组合锚索布置如图4所示。

图4 组合锚索布置

（4）在帮部超高、顶部超宽达到500 mm的区域补打锚杆进行补强支护，锚杆规格为ϕ20 mm×2 200 mm，配合W钢护板规格450 mm×250 mm×3 mm和150 mm×150 mm×10 mm托盘进行支护。

（5）过断层时，顶帮支护完成后，要及时喷浆封闭揭露的破碎面，喷浆必须紧跟工作面；严格执行“一掘一支”，顶板往下第一根帮锚杆支护紧跟工作面。

（6）过断层时，如采取以上措施顶板效果未达到预想效果，采取钻机打眼预注马丽散加固顶板措施，对顶板进行黏接，提高围岩的自身强度和稳定性。注化学黏接材料实现顶板加固，单循环不少于3个注浆孔，在迎头上顶板下方1 m处开孔，仰角45°，孔深5 m，前端放置2个注射花管，注浆钻孔布置如图5所示；注浆后配合喷浆、锚索网、组合锚索、架棚等加强支护。

图5 注浆钻孔布置

3 断层带巷道围岩控制效果

巷道围岩表层位移是衡量支护效果最为直观的指标，在一采区回风大巷掘进过断层后，对顶板位移量进行监测。在断层影响区（巷道掘进720～890 m范围内）内布置测站，为全面考察围岩支护效果，共计布置4个测站，1#测站位于巷道掘进650 m位置（即处于过断层前区域）、2#及3#测站分别位于巷道掘进750 m、850 m位置（即2个测站均位于断层影响区）、4#测站位于掘进950 m位置（即处于过断层后区域），测站随着巷道掘进依次布置，布置点与掘进迎头间距控制在3～5 m，如图1所示。监测期间各测站围岩变形量最大值如表2所示，顶板移近速度变化曲线如图6所示。

表2 顶板变形监测结果

图6 顶板移近速度变化曲线

1）在一采区回风大巷掘进过断层时，测站顶板下沉量由29.1 mm（1#测站）增至36.7 mm（2#测站）、56.2 mm（3#测站），当巷道掘进通过断层滞后顶板下沉量降至31.2 mm（4#测站），通过顶板位移量监测结果可以看出，断层影响范围内对顶板位移量会明显增大。

2）在断层影响范围内的2#及3#测站位移变化速度及位移量明显大于远离断层的1#及4#测站，3#测站顶板移近量、最大变形速度以及平均变形速度等均最大，表明断层影响范围内围岩较为破碎，围岩变形较为明显；从过断层后顶板位移变形曲线看出，随着巷道过断层时间增加，顶板下沉量逐渐趋于稳定。在过断层期间采用的围岩支护措施可实现破碎带围岩有效控制，满足巷道后续使用需要。

4 结语

以高山矿一采区回风大巷过断层组破碎带为例，对综掘巷道快速过断层技术进行分析，并确定通过“锚、网、索、喷、注”的方式对断层破碎带区域巷道围岩进行控制。在过断层影响区时巷道支护时增加锚杆（索）支护密度以及支护强度，实现破碎围岩有效控制；采用三眼组合锚索进一步增强顶板支护强度，避免出现下沉量过大问题。

现场应用后，对一采区回风大巷断层影响区域内巷道围岩变形量进行监测，在断层影响区域内巷道顶板位移量以及移动速度等均有所增加，顶板位移量最大为56.2 mm，变形量整体较小，不会给巷道使用带来影响。