掘进巷道过断层破碎带掘进支护技术

掘进巷道过断层破碎带掘进支护技术

赵文兵

四川弘鑫矿业有限公司荣县新胜煤矿 643000

摘要：煤炭是我国重要的基础能源。在煤矿开采过程中，断层处理非常重要，断层的形成破坏了煤岩层的完整性，降低了岩层的胶结稳定性。当开挖巷道通过断层带时，断层上、下壁煤岩层出现失稳，断层面附近的煤岩体受到构造应力、原岩应力和上覆岩层重力的影响，导致分层、破碎和局部冒顶。单支锚杆支护锚固效果差，岩层破碎后锚杆悬挂效果失效。随着时间的推移，断裂带处的应力不断增大，顶板表面岩层不具备支护功能，支护功能失效，导致断裂带顶板呈分层破碎趋势，并延伸至顶板深部，造成顶板渗漏事故。

关键词：巷道过断层破碎带；掘进；支护技术

在煤矿井下巷道开挖过程中，断层一直是最常见的地质构造形式。据有关生产调查统计，跨越断层引发的各类事故一直处于矿山事故的前列。特别是近年来，随着我国能源需求的不断增加和浅层煤炭资源的枯竭，煤矿开采深度不断增加，开采地质条件的复杂性不断增加，地下巷道开挖遇到断层的概率也显著增加，这对地下挖掘作业的安全发展构成了一定的威胁。基于此，如何在巷道穿越断层时进行有效的支护已成为保证巷道安全运营的关键。同时，也是提高掘进作业效率，改善采掘矛盾，实现矿山经济效益提高的强大推动力。

一、传统支护工艺问题分析

某矿采用锚杆+W型钢+锚索的综合支护方式，钢带型号为4800mm×250mm。每根钢带配备7个地脚螺栓，间距为80cm，此外，屋顶支撑螺栓的长度为260厘米，结构直径为22毫米，它属于螺纹钢螺栓。安装螺栓时，间距为80cm，单个地脚螺栓组的预紧力应大于200N·m，且屋顶应垂直布置。锚索布置在顶板上，每排三根，所用钢绞线长580cm，间距150cm。运行中的锚索支护板为强硬度钢板，参数为400mm×400mm。回风巷道上部假顶平均厚度为2.2M，支护锚杆为2.6m，使锚杆锚固与直接顶和假顶连接。通过断层时，由于顶板压力增大，常规支护方法无法有效支护假顶，因此，假顶经常坍塌，每次坍塌都非常严重，范围很大。F12断层的巷道倾角大于60度。开挖过程中，两侧均受上覆压力作用，边坡问题十分严重，特别是，连接两侧和顶板的三角形煤柱的设置非常困难。也就是说，只有480cm的钢带不能有效地维护路面。原支护锚索参数为450cm钢绞线锚索，一端固定在直顶上，但此时直接顶面存在局部分离，锚索无法保证支护质量，当巷道通过断层时，应加强顶板，以确保假顶板的稳定性和完整性。

二、巷道变形和破坏影响研究

首先是深度问题。在煤矿作业中，机械化水平的全面提高增加了煤矿的开采深度。此时，承载应力也增大，导致巷道变形问题变得非常严重，破坏情况变得严峻，此外，随着开采深度的增加，原岩温度也在上升。预埋围岩由脆性变形转变为塑性变形，容易导致巷道质量问题。二是地质构造问题。煤矿开采时，靠近断层段的部分岩性脆弱，裂隙大，节理发育，岩层层理，难以顺利完成支护。最后，巷道的支护质量和支护方式都会产生严重的影响。在煤矿作业中，巷道支护的常规方式是刚性金属支架或锚网喷混凝土支架，其控制效果的影响非常明显。

三、巷道过断层支护综合技术手段

（一）撞楔超前支护与超前注浆。首先，当穿越断层时，假顶总是在压力作用下大面积坍塌。为了避免这个问题影响工程质量，楔形冲击支撑是一种有效的方法。支护时采用300cm长管节地脚螺栓，顶板上垂直开孔。每个管节地脚螺栓与其他管节地脚螺栓相距40cm，12个管节地脚螺栓排成一列。之后，楔形冲击支撑完成后，需要灌浆和钻孔。在方位方面，对于屋顶以下100 cm的部分，所有孔的深度应控制在500 cm。每段应设置四个钻孔。巷道与钻孔的夹角应为6度，以便在3米范围内调整三角形煤柱。灌浆应在钻孔步骤完成后进行，灌浆压力应控制在5MPa。此外，在灌浆过程中，如果煤炭漏浆，则必须停止灌浆并密封灌浆孔。泥浆注入固定后，即可进行后续开挖。在巷道开挖过程中，必须确保所有管接头螺栓插入180 cm以上，然后补上管接头螺栓，化妆时，向前拨1米，所有连接的两排管接头地脚螺栓应交错堆放和排列，以确保孔布置的科学性。

（二）跨越断层的永久支撑。首先，巷道顶板锚索、钢带和锚杆的布置和控制应采用原始状态，但是，此时需要将钢带调整为520cm JW钢带。该钢带的眼间距为80cm，共有7眼。刚性皮带的上侧与两端齐平，两端插入一个200cm长的螺纹钢锚栓，锚栓应置于两侧。其次，钢带5孔需要插入一个350厘米长的螺栓，该螺栓垂直于道路进行控制。此外，为了提高顶板的稳定性，锚索长度需要达到830cm，支撑板的应用长度为60cm，在材料方面，选用工字钢。

（三）穿越断层时的临时支撑。首先，对于巷道穿过断层范围的部分，需要采用分布工字钢棚的方式进行临时支护和加固。钢棚一般由三部分组成：水泥背板、棚腿和棚梁。其次，在布置穿过断层的钢棚之前，必须将底部抬高。在底部，宽度和深度指示器分别为30厘米和20厘米。底吊作业完成后，应在特定范围内进行浇筑。应组装底座，并预埋棚腿。然后在特定范围内进行底部浇筑，待此步骤完成后进行养护，然后将棚腿与预埋的棚腿底座组装在一起。之后，每隔50厘米准备一个钢棚。在这个过程中，四个连杆用于操作。此外，连杆与相邻钢棚连接后，应在其上铺设水泥垫板，长度应控制在80cm。最后，工字钢棚布置在距断层5m处，然后停在距断层5m处，不得设置钢棚。钢棚的数量应根据实际情况准备，钢棚总数为25时效果更好。钢棚水泥背板应根据钢棚的需要和构件定期检查，不得有问题。

（四）钢棚支架。为确保巷道开挖施工过程能够安全稳定地通过断层破碎带，过程控制人员在完成永久支护和注浆支护后，应承担巷道内的U29钢棚，以加强支护的稳定效果。此处钢棚由五根棚梁和棚腿组成，棚腿长度根据工程巷道顶板高度确定为2.8m。对于具体的安装作业，首先要保证棚腿的牢固效果。例如，如果在实际安装操作中地板较软，则有必要通过底部浇筑来提高棚腿支架设置的稳定性。在这一过程中，相邻棚腿的搭设部位必须均匀对称，以加强钢棚的支撑效果。

四、结语

在地下开采中，断层属于常见的地质类型。通过断层时，需要注意巷道质量问题，特别是在深部开采过程中，我们应该更加注意安全。如果巷道开挖通过断层装置，在岩层破坏程度不断提高的情况下，常规支护方法将无法很好地进行支护。此时，矿产资源管理人员需要深入研究问题，了解支护技术手段，提高断层安全水平，顺利完成巷道作业，确保矿山顺利建成投产。

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