神角煤业断层影响下巷道变形机理及补强支护技术研究

郭奇才

(山西乡宁焦煤集团 神角煤业有限公司，山西 乡宁 042103)

1 工程概况

神角煤业2107工作面位于井田北部的一采区，沿倾向布置，工作面可采长度1 246 m，倾斜长度180 m。主采2号煤层，平均煤厚2.43 m，煤层倾角5～9°，煤层结构简单。2107运输巷沿2号煤层顶板掘进，顶板为粉砂岩，平均厚度4.14 m，底板为泥岩，平均厚度2.67 m。巷道原支护方案采用锚杆+锚索+塑钢网联合支护，顶板采用2.4 m长螺纹钢锚杆，间排距900 mm×1 200 mm，两帮采用2 m长玻璃钢锚杆，间排距1 300 mm×1 200 mm，支护断面如图1所示。

图1 运输巷原支护示意(mm)

根据现场观测，2107运输巷在1 430 m及1 449 m处揭露断层，落差分别为1.5 m和2.8 m，在断层影响下，煤层走高，使得巷道顶板出现一定厚度的顶煤并夹有泥岩，两帮和底板为煤体或泥岩，整体强度较弱。巷道在断层引起的构造应力和相邻2105工作面采动应力的双重影响下发生了严重的变形破坏，部分区域甚至出现了较大离层，原支护方案已无法保证巷道稳定性，严重制约了后续正常生产。因此，本文以2107运输巷为研究对象，对断层和采动双重作用段巷道补强支护进行研究。

2 巷道变形机理分析

2.1 断层带的影响

断层地质构造中分为上盘和下盘，二者受拉力或压力作用产生错位，往往蕴藏有较大的能量，会导致周围煤岩体产生较严重的塑性破坏。通过地应力测试，2107运输巷垂直断层走向穿过断层带，巷道与断层主应力关系如图2所示。

图2 2107运输巷与断层构造应力位置关系

2107运输巷掘进穿过断层带时，是由断层上盘进入下盘，最大垂直主应力σ1作用于顶板，同时两帮在水平集中应力影响下，断层首先对底板造成影响，巷道出现底鼓，因此需对底板进行针对性加固；……