顶板含水巷道掘进过断层时的围岩综合控制

王 飞

（山西晋煤集团阳城晋圣诚南煤业有限公司，山西 晋城 048000）

我国煤矿地质条件复杂，断层、陷落柱、褶曲、软煤破碎带等地质构造发育，制约我国煤矿巷道掘进效率，影响生产安全[1-2]。巷道顶板含水时，由于水对岩体起到弱化作用，会使巷道顶板围岩强度降低，易引起巷道顶板失稳，特别是断层影响区巷道围岩十分破碎，顶板含水层水通过裂隙涌入巷道，还会腐蚀支护构件，降低了支护系统的可靠性。因此，解决煤矿顶板含水巷道过地质构造影响区的围岩支护难题，既可以保障煤矿巷道顶板安全，更是缓解我国煤矿采掘衔接紧张局面的重要措施[3-6]。本文结合诚南煤矿清理撒煤平巷的实际地质条件，提出了断层影响区巷道围岩综合控制技术，可为同类条件巷道提供参考借鉴。

1 概况

诚南煤矿主采15号煤层，煤层平均厚度为2.8m，煤层倾角平均5°，埋深59～120m，平均埋深107m。煤层直接顶为泥岩，平均厚4.5m，黑灰色，性脆，致密，含星散状或结核状黄铁矿；基本顶为K2灰岩,平均厚9.5m，灰-深灰色，上部含燧石结核，下部夹泥页岩，具裂隙；直接底、基本底为泥岩,平均厚13.7m，灰黑色，含炭质，偶见页岩、砂页岩，顶部见铝土质泥岩，偶见黄铁矿。清理撒煤平巷设计长度为56.772m，开口位置距集中轨道大巷129.995m处，按方位角205°沿煤层顶板掘进，与集中胶带大巷、回风大巷贯通。巷道设计为矩形断面，毛宽3.7m，毛高2.7m，毛断面积为9.99m²，净宽3.5m，净高2.5m，净断面积为8.75m²。巷道施工过程中的涌水主要来源为顶板灰岩岩溶水，涌水形式为顶板淋水、顶板裂隙渗水，预计最大涌水量0.2m³/h，正常涌水量0.02m³/h。根据矿井地质资料显示，巷道掘进过程中会揭露SF02正断层，断距1.2m。

2 断层区顶板破坏主因及控制原理分析

2.1 顶板破坏主要原因

诚南煤矿清理撒煤平巷埋深65m，煤层埋深较小，垂直应力和水平应力对巷道围岩控制影响程度小。但由于巷道顶板为一层厚度起伏较大的泥岩，且基本顶石灰岩为顶板含水层，在断层构造影响区岩层构造裂隙发育，使得该区域含水量可能增大。巷道掘进后，在掘进动压影响下，巷道围岩进一步破坏，加之矿井潮湿空气通过裂隙进入顶板泥岩，极易导致顶板泥岩风化变形、膨胀破坏，加大巷道顶板的控制难度。

2.2 围岩控制原理

针对顶板含水且直接顶为泥岩的巷道，在过断层影响区首先应探测确定断层影响区范围，提前采取预注浆加固，封闭巷道顶板及两帮围岩裂隙，强化巷道围岩弱面，提高破碎岩层内摩擦力，在巷道掘进迎头形成一个注浆加固圈，掩护巷道掘进；其次需降低巷道掘进对围岩的扰动影响，采取主动支护改善巷道围岩应力状态，在围岩内形成一个压应力区，提高围岩承载能力，遇到顶板离层或围岩变形较大时，及时架棚支护控制围岩持续变形；最后需喷浆隔绝矿井潮湿空气与顶板泥岩的接触，防止泥岩风化。

3 围岩综合控制技术

3.1 地质探测

根据地质资料揭示断层位置，在掘进工作面距断层30m时停止掘进施工，施工超前探测孔，探测掌握巷道与断层之间的相对位置关系、断层分布情况、产状、影响范围以及影响区煤层赋存情况、围岩结构情况，为巷道过断层影响区时的围岩控制方案提供基础资料，明确巷道掘进进入断层影响区的具体位置，以便采取措施。

3.2 超前预注浆加固

在掘进工作面距断层破碎区还剩5m时，在巷道迎头施工超前预注浆加固钻孔，对巷道前方围岩进行注浆加固。若钻孔出水，严禁拔出钻杆，必须及时汇报矿调度并按照防治水规定采取堵水措施，处理后方可进行注浆钻孔钻进及注浆施工。注浆加固钻孔深度为6m，采取搭接布置，搭接长度不小于1m，有效长度5m。钻孔分2排布置，上排布置4个钻孔，位于巷道迎头顶板，间距1.2m，垂直方向仰角均为10°，中间两个钻孔在水平方向与巷道轴线平行，两侧钻孔水平方向向外偏斜与巷道轴线夹角为10°；下排布置3个钻孔，距巷道顶板1.2m，间距1.8m，中间1个钻孔垂直迎头布置，两侧钻孔向外倾斜与巷道轴线夹角为10°。注浆加固钻孔布置如图1所示。

图1 超前注浆加固钻孔布置图

3.3 浅掘深轻扰动及时临时支护

由于断层影响区巷道围岩破碎，顶板控制难度大，为减小巷道掘进扰动影响，缩短单循环空顶时间及空顶距，及时进行巷道顶板支护，保证巷道顶板安全。在巷道掘进过断层影响区时，巷道单循环掘进进尺由原1.6m缩减为0.8m，与锚杆支护排距保持匹配。在巷道掘进过后，及时采用两对内注式单体柱加9#π型钢梁进行顶板临时支护，单体柱间距为1000mm，与永久支护的排距为800mm。临时支护后应紧跟着进行巷道永久支护，缩短巷道迎头顶板空顶时间。

3.4 主动与被动支护相结合

（1）顶板锚索补强

原巷道顶板支护参数为锚杆每排5根，间排距为800×800 mm；锚索每间隔1排锚杆布置1根，沿巷道中线布置，锚索排距为1600mm。为提高巷道过断层期间围岩控制效果，保证巷道顶板稳定，在巷道掘进距断层影响区5m（即与超前预注浆加固同步）时，对巷道顶板进行锚索补强。锚索补强参数为每排2根，间距为1600mm，与原巷道顶板锚索支护间隔布置，补强后断层影响区顶板锚索呈“2-1-2”布置，如图2所示。

（2）架棚支护控制围岩

对断层影响区巷道顶板进行锚索补强后，每隔10m需设置综合监测测站，对巷道围岩变形和顶板离层进行观测分析。根据巷道围岩变形情况，及时采取架棚支护控制巷道围岩变形。架棚支护采用两对内注式单体柱加9#π型钢梁，棚距为1000mm。

图2 巷道顶板支护图

3.5 封闭围岩防风化

根据巷道顶板岩性可知，煤层直接顶为泥岩，断层影响区巷道围岩破碎，节理裂隙发育，井下潮湿空气易通过围岩裂隙进入巷道顶板岩层内部，从而导致顶板泥岩出现风化破坏，加剧巷道顶板失稳。在巷道断层影响区，顶板进行锚索补强之后，应利用检修班及时对巷道顶板进行喷浆封闭，喷浆厚度不小于10mm，巷道两侧巷帮顶角不少于50mm。

3.6 矿压观测

为分析清理撒煤平巷过SF02正断层期间的围岩控制效果，采用十字测点法对巷道围岩变形进行观测分析，并在巷道顶板布置顶板离层监测仪，观测分析巷道顶板离层情况。通过两个月的观测可知，巷道顶板最大下沉量为159mm，两帮移近量最大276mm，巷道顶板前部未出现明显离层，深部离层值为25mm。可见，诚南煤矿清理撒煤平巷采用以上综合技术措施后，巷道断层影响区域围岩控制效果良好，能够满足巷道安全使用要求，且巷道没有出现明显涌水现象。

4 结 语

地质构造是制约巷道掘进速度、影响巷道顶板安全的重要因素，在掘进巷道过地质构造影响区时，提前探测构造发育情况、影响范围，采取超前预注浆加固、浅掘深轻扰动及时临时支护，及时进行顶板锚索补强和架棚支护以及封闭围岩防止风化和矿压观测等综合治理措施，清理撒煤平巷断层影响区巷道顶板最大下沉量159mm，两帮移近量最大276mm，巷道顶板前部未出现明显离层，深部离层值为25mm，实现了有效控制巷道围岩变形、保证巷道安全使用的目的。