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梅花井矿232204工作面运输巷过断层的围岩控制技术研究

范文

胡平黄辉张森孙昊黄海鹏

摘要：梅花井矿232204综采工作面运输巷回采过DF3正断层期间，运输巷顶板下沉量大，同时存在帮鼓、底鼓的现象，严重影响正常回采。本文以运输巷回采过DF3正断层为工程研究对象，结合现场地质条件，提出运输巷过断层期间的围岩控制技术措施，并以巷道变形量作为评价指标判断围岩控制技术措施是否有效。研究结果表明，采用中空注浆锚索对运输巷围岩进行预注浆后，当工作面推进至该位置时，其巷道变形量明显小于同等条件下未注浆的巷道;在注浆后的巷道位置处，根据实际情况架设“一梁二柱”“一梁三柱”，加强对顶板的支护，该处顶板下沉情况得到有效控制。

关键词：综采工作面;断层破碎带;围岩控制;中空注浆锚索;架棚支护

中图分类号：TD353文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）03-0069-03

Research on Surrounding Rock Control Technology of Transport

Lane Crossing Fault in 232204 Working Face of Meihuajing Mine

HU Ping1 HUANG Hui2 ZHANG Sen2 SUN Hao2 HUANG Haipeng2

（1. China Energy Ningxia Coal Industry Co.， Ltd.，Yinchuan Ningxia 750002;2. Meihuajing Coal Mine， China Energy Ningxia Coal Industry Co.， Ltd.，Lingwu Ningxia 751400）

Abstract： During the stoping of the transportation lane of Meihuajing Mine's 232204 fully mechanized mining face through the DF3 normal fault， the roof of the transportation lane sank a lot， and at the same time there were bulges and floor heaves， which seriously affected normal mining. This paper took the transportation roadway through DF3 normal fault as the engineering research object， combined with the site geological conditions， proposed the surrounding rock control technical measures during the transportation roadway crossing the fault， and used the roadway deformation as an evaluation index to judge whether the surrounding rock control technical measures are effective. The research results showed that after pre-grouting the surrounding rock of the transport road with hollow grouting anchor cable， when the working face advanced to this position， the roadway deformation was significantly less than that of the roadway without grouting under the same conditions; at the location of the roadway after grouting， "one beam and two columns" and "one beam and three columns" were erected according to the actual situation to strengthen the roof support， and the roof subsidence at this place was effectively controlled.

Keywords： fully mechanized mining face;fault fracture zone;surrounding rock control;hollow grouting anchor cable;shed support

斷层是煤炭回采时的常见地质构造，回采巷道掘进过断层期间，围岩破碎、导水、局部区域构造应力集中等因素是制约巷道掘进安全的主要威胁[1-2]。众多研究者和现场技术人员对回采巷道过断层掘进技术、围岩控制技术等展开研究，针对综掘、炮掘、综掘+炮掘等掘进方案中的围岩控制，提出以超前注浆、布置管棚、架棚支护和锚网索支护等为主的控制措施[3-5]。本研究以梅花井矿232204综采工作面运输巷过DF3正断层为工程实例，在巷道围岩破碎带内采用以中空注浆锚索+锚杆支护为主的围岩控制措施，在构造应力集中、围岩控制困难区域采用架棚支护方式控制围岩，现场应用取得显著成果。

1 工程概况

232204综采工作面为23采区2煤第二个工作面，开采2#煤层底板标高为+659～+765 m，对应地面标高为+1 353～+1 381 m。北边与232201回采工作面（正在回采）留有30 m保护煤柱;南边以DF3正断层为界;东边为实体煤（21采区范围）;西边以设计停采线为界;回采范围内上覆无可采煤层，下伏3煤未采动。232204综采工作面走向推进长度为1 616 m，斜长为302.7 m。采区2煤层平均厚度、倾角分别为5.46 m、5.6°，赋存稳定。具体煤层顶底板岩性如表1所示。2煤顶底板岩性参数如表1所示。

232204综采工作面运输巷沿着2煤底板掘进，设计掘进距离为1 616 m，断面为半圆拱形，采用综掘方式掘进，掘进断面积为19.91 m2，净断面积为17.3 m2，巷道净宽、净高分别5 200 mm和37 00 mm。前期地质勘探资料显示，辅运巷旁为DF3正断层，受断层影响，巷道围岩破碎，如何实现辅运巷平稳、安全过DF3正断层是运输巷掘进时需要解决的现实问题。232204运输巷与DF3正断层位置关系如图1所示。

2 运输巷过断层围岩控制技术

受DF3正断层和围岩破碎影响，锚杆、锚索锚固端破碎，无法提供较高的锚固力，从而降低锚网索支护效果。结合以往研究成果以及矿井过断层技术经验，本研究提出采用中孔注浆锚索加固巷道围岩，并采用架棚方式控制巷道顶板。

2.1 断层破碎带注浆加固

2.1.1 锚杆支护参数。232204运输巷正常掘进期间采用锚杆、表层喷浆方式支护围岩，采用的锚杆均为规格[Φ]20 mm×2 500 mm的螺纹钢锚杆。巷道拱部单排布置11根锚杆，按照800 mm×800 mm间排距布置;帮部单排布置2根锚杆，按照600 mm×800 mm间排距布置，其中最下侧锚杆（靠近底板位置）有30°外插角。232204运输巷锚杆支护设计如图2所示。

锚杆支护完成后，巷道拱部及帮部喷射厚度100 mm的C30混凝土。為了确保巷道底板平整，在底板上砌筑厚度250 mm的C30混凝土地坪，并在混凝土层布置一层金属网增加混凝土地坪强度。

2.1.2 中空注浆锚索注浆。受DF3正断层影响，巷道围岩破碎，若单纯采用锚杆+喷浆支护方式，受围岩破碎影响，锚杆支护效果会显著降低。为此，采用中孔注浆锚索加固断层破碎带围岩。具体采用的锚索规格为[Φ]21.8 mm×5500 mm（1×8股），结构如图3所示。

巷道顶板、巷帮按照1 600 mm×1 600 mm间排距施工。注浆锚索施工采用锚固剂，一支为MSK2355型，一支为MSZ2355型，锚固后施加的锚固力超过200 kN，锚索托盘为规格[δ]14 mm×300 mm×300 mm，锚索端部外露长度为150～250 mm，具体注浆锚索技术参数如表2所示。

为了提高围岩加固效果，注浆选用化学浆液（马丽散），注浆压力控制在5 MPa，简单来说，中空注浆锚索施工流程为：锚索钻孔钻进→插入锚索（端头锚固）→安装止浆塞、锁具及托盘→张拉锚索→化学注浆。注浆锚索钻孔施工采用MQT-130型钻机施工，钻孔孔径为32 mm，锚索张拉设备型号为MQZZ-450-45。

2.2 架棚支护

232204运输巷采用锚杆+中空注浆锚索支护后，人们要根据巷道围岩变形情况，采取后续的架棚支护措施。在构造应力不集中、围岩变形量较小的区域，巷道不布置架棚;但是，当局部区域巷道围岩变形严重时，采用π型钢梁（长2.0 m/2.5 m）、单体液压支柱（型号DWX35-160/110XL）构成架棚支护围岩。

人们要根据围岩变形情况，选用“一梁二柱”或者“一梁三柱”支护形式：采用“一梁二柱”时，架棚排距为800 mm，间距为1 500 mm;采用“一梁三柱”时，架棚排距为800 mm，间距分别为400 mm和1 200 mm。

2.3 围岩控制效果

在DF3正断层围岩破碎带内，运输巷采用锚索注浆、架棚支护等方式，有效确保了巷道围岩稳定。虽然局部位置受到构造影响、围岩破碎等因素影响，围岩变形量较大，但是采用的架棚支护方式能够形成巷道通风、行人通道，且架棚支护完成后巷道围岩变形未再增加。具体运输巷围岩控制效果如图4所示。

3 结论

232204综采工作面运输巷掘进受到DF3断层的明显影响，巷道掘进范围内局部区域构造应力集中、围岩破碎，给巷道围岩控制带来显著的不利影响。为了保证巷道围岩稳定，本文提出采用中空锚索注浆方式加固断层破碎带围岩，局部构造应力集中、围岩控制难度大的区域采用架棚支护方式。现场应用后，注浆加固段顶底板、巷帮围岩变形量均控制在100 mm以内;构造应力集中导致架棚支护段围岩变形量较大，但是通过架棚支护后，其仍可满足行人、通风需要。

参考文献：

[1]赵鹏.掘进巷道遇断层冒顶处置探究[J].能源与节能，2020（11）：17-18.

[2]甄鹏.掘进巷道破碎顶板安全支护装置应用[J].能源与节能，2020（11）：189-190.

[3]唐辉雄，许雄鹰.过断层破碎带巷道围岩控制技术研究[J].煤炭技术，2020（11）：38-41.

[4]范文生，王众.巷道破碎顶板注浆加固技术研究[J].山西焦煤科技，2020（10）：25-28.

[5]马震.断层构造影响带巷道全锚索支护技术[J].能源与环保，2020（9）：244-249.

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