岩巷过断层破碎带联合支护技术的应用

彭 荣，彭斌武

（湖南黑金时代长沙矿业公司 西峰仑煤矿，湖南 长沙 410609）

西峰仑煤矿深部开拓时经常遇到具有流变性和膨胀性的断层破碎带的岩体。在这些岩体中，井巷的地压显现往往十分剧烈，表现为从井巷各个方向发生严重的挤出性变形，产生巨大的位移压力，导致井巷的失稳破坏。由于矿山井巷受到地质赋存条件和开采条件的制约，通过现场分析，采用砌碹+拱形支架+底板捣制+壁后注浆联合支护，解决了岩巷过断层破碎带的支护难题。

1 工程概况及地质条件

西峰仑煤矿位于湖南省宁乡县煤炭坝镇，核定生产能力为190kt／a，可采煤层为2煤，煤层底板为茅口灰岩，全层厚度大于300m，岩石坚固性系数为8～10。西峰仑煤矿-380m 水平东大巷设计断面为1／3三心拱，净断面为2500mm×2500 mm，巷道沿100°方向掘进过程中遇到F549正断层，其产状329°∠35°，落差10m 左右，该断层具有导水性，在地下水作用下，围岩岩溶比较发育，为确保施工安全，采用砌碹支护，2011年10月，巷道发生严重变形，两帮外挤，墙体开裂，需进行返修。巷道顶底板岩性情况见图1。

2 -380m 水平东大巷巷道变形原因分析

根据-380m 水平东大巷揭露的围岩情况、地质条件和巷道变形情况，巷道的变形是由多种原因造成的。

图1 -380 m 水平东大巷顶底板岩性特征

1）围岩自身因素。-380 m 水平东大巷F549正断层的断层破碎带以砂质泥岩为主，含泥质结核及粘土矿物，结构性差，具有显著的膨胀特性，遇水膨胀是引起巷道变形的重要物理因素〔1〕。

2）水的影响。-380m 水平东大巷涌水量达30 m3／h，水对巷道变形的影响表现在将泥岩软化，粘土矿物膨胀变形，使围岩内产生膨胀应力，加快加剧了巷道的变形和破坏。

3）断层影响。F549正断层在形成时产生的地质构造破坏带，沿其走向存在一条岩层破坏带，破坏带内物质之间的黏聚力、摩擦力变小，承载能力差，易冒落〔2〕。F549正断层破碎物组成的断层带见图2。

图2 F549 正断层破碎物组成的断层带示意

4）支护形式。巷道原支护方案为砌碹支护，由于碹体与巷壁之间存在一定的空间（未充填），碹体支护与围岩应力不能平衡，造成应力集中，砌碹质量差，使支护整体受力不均，无法有效地控制巷道变形。

5）巷道掘进施工因素。由于-380m 水平东大巷在掘进过程中涌水量大，首先使巷道成型，然后砌碹通过断层破碎带，再进行水沟施工，这样就造成水沟侧碹体墙脚悬空，从而使碹体受力不均，造成变形。

6）地应力的影响。-380m 水平东大巷处于西峰仑煤矿深部，约490m 深，深部巷道围岩应力集中，易产生塑性变形。

3 -380m 水平东大巷联合支护技术

根据-380m 水平东大巷巷道变形原因分析，需提高碹体质量，防止围岩遇水泥化、膨胀，提高围岩强度和自承能力，为此，采用拱形支架联合支护。

3.1 支护方案设计

《浅谈如何加快软岩巷道掘进》中认为：传统的锚喷支护随着煤矿开采的进一步加深，在深部软岩巷道支护中，这种以抗压支护的方法往往不能有效地控制巷道的变形，也不能满足安全生产的需要。该技术研究结合巷道快速掘进系统工程的需要，探讨并提出了先让后抗的二次支护方案与支护优化设计措施，允许巷道围岩产生一定的变形，促使围岩进一步趋于平衡，以保证巷道使用期间的稳定性和确保工作安全〔3〕。所以，当巷道变形趋于稳定后，将变形的碹体进行返修，然后采用铁拱支架联合支护进行二次支护。

3.2 施工方案

（1）碹体返修。由于巷道碹体已变形，必须先进行返修重砌。重砌时，应注意砖块之间的搭码、与围岩的间隙需要充填以及灰浆饱满等情况。

（2）挖底。巷道过断层破碎带时，底板为砂质泥岩等，为防止发生巷道底鼓现象，必须将巷道底板进行混凝土捣制。膨胀岩是指那些与水的物理化学反应有关并随时间发生体积增大的岩石，主要有粘土岩，其矿物成分中含有物理化学性质活泼的蒙脱石。由于巷道积水，当巷道底板为膨胀岩时会引起膨胀性底鼓。要完全控制由于膨胀引起的底鼓，支架必须有很高的支护阻力〔4〕。因此，底板捣制时，应安装反底拱。

（3）铁拱支架。铁拱支架之间的间距不得大于1.0m。二次支护的作用在于进一步提高巷道的稳定性和安全性，应采用刚度较大的支护结构。

（4）壁后注浆。处于构造带影响范围之内的围岩，不管是煤巷还是岩巷都极不稳定，即使进行了锚杆和锚索的联合支护，也不能较好地控制围岩的变形。因此采用注浆技术对处于构造影响区域中的服务年限较长的巷道围岩进行加固是有效的措施〔5〕。

（5）-380m 水平东大巷过断层破碎带的巷道支护形式见图3。

图3 -380 m水平东大巷过断层破碎带巷道支护示意

3.3 施工

-380m 水平东大巷过断层破碎带支护施工工艺流程为：原碹体变形墙脚挖掘→墙脚重新垒砌→挖底、安装反底拱→安装拱形支架并固定→混凝土捣制→别水→壁后注浆。

（1）首先对-380m 水平东大巷变形碹体墙脚由外向里逐一进行挖掘。为防止碹体吊脚发生冒顶事故，一次性挖掘长度不得超过2m，并重新将碹体墙脚用水泥预制砖进行垒砌，施工时，要打好临时点柱。

（2）挖底时，应配合碹体返修施工，因为挖底深度需达到0.6 m，如若等返修碹体全部完工后再进行挖底作业时，势必会造成碹体墙脚再次悬空，对安全及施工带来难度。按设计要求挖底完毕后，安装反底拱。

（3）然后安装拱形支架。拱形支架采用15kg／m 的轻轨制作，两支架间距不得超过1m，并用Φ18mm 圆条焊接，铁拱基脚则采用混凝土捣制，捣制高度为1.0m。

（4）拱形支架安装完后，立即进行底板混凝土捣制。采用P.O 42.5水泥，捣制时，应注意排出积水，可适量添加速凝剂。

（5）为防止水对围岩的影响，虽然进行了混凝土捣制，但由于现场施工条件（有水、泥等），捣制时可能出现小裂隙或捣制不均的现象，需对此段破碎带在水沟内安装渡水管，渡水管两端必须安装在围岩完整的地段，并用混凝土封堵管口周边空间（参见图3）。

（6）壁后注浆。墙脚注浆孔深2.0m，拱顶注浆孔深1.0m，每组布置5个注浆管，间距为3.0m。注浆压力为2～3 MPa，水灰比为0.7～0.8。注浆时要特别注意漏液的情况，一旦发生漏液，应采用棉布等进行封堵。

4 结语

综上所述，西峰仑煤矿-380m 水平东大巷过F549正断层破碎带采取砌碹、反底拱、拱形支架、底板捣制、壁后注浆技术以及水管渡水等防止破碎带围岩泥化与膨胀措施后，至今巷道帮部最大水平位移20mm，顶底板最大移近量4mm，有效地控制了巷道变形，延长巷道服务年限，解决了断层破碎带岩石巷道支护问题，确保了矿井安全生产。

〔1〕李树清，冯 涛，王从陆，等.葛泉矿软岩大巷底鼓成因及防治技术〔J〕.岩石力学与工程学报，2005，24（8）：1450-1455.

〔2〕钱鸣高，刘听成.矿山压力及控制〔M〕.北京：煤炭工业出版社，1983.

〔3〕杨 磊，杨天亮.浅谈如何加快软岩巷道掘进〔J〕.中国科技博览，2010，25：89-89.

〔4〕东兆星，吴士良.井巷工程〔M〕.徐州：中国矿业大学出版社.2004.

〔5〕朱永建，余伟健.构造带极不稳定围岩注浆加固效果数值分析〔J〕.煤炭科学技术，2011，3（39）：14-17.