浅议过断层大巷的修复

【摘要】断层对煤矿开采有着较大的危害，当工作面遇到断层时，顶板管理困难，容易发生冒顶事故。在巷道掘进中，如果遇到了断层，会造成巷道维护困难。本文以某煤矿－340 m北二辅助回风大巷的修复为例，对过断层巷道的修护和支护技术进行了探讨。－340 m北二辅助回风大巷经修复后，在四个月内两帮收敛变形量最大值仅为180 mm，顶底板移近量最大值不超过140 mm，且四个月以后巷道变形趋于稳定，这表明巷道修复取得了很好的效果。

【关键词】断层；巷道修复；超前注浆；高密锚喷联合支护

断层是一种常见的地质构造，它是由于地壳在运动中不同的板块互相挤压或张拉而使得岩层发生断裂或破碎，从而形成了断层。断层对煤矿开采有着较大的危害，当工作面遇到断层时，顶板管理困难，容易发生冒顶事故。如果煤层附近含有承压水，断层的存在可能会引发突水事故。在巷道掘进中，如果遇到了断层，会造成巷道维护困难。鉴于目前探测技术和手段的局限性，还很难对回采巷道前方地质构造进行准确预测从而采取预防措施，因此，掘进中处理断层的方法，一般是加强支护，对于变形巷道加强修复。下面，本文就以一个例子来说明过断层巷道的修复技术。

1 工程概况

某矿－340 m北二辅助回风大巷是矿井北翼主要回风大巷，设计服务于矿井北二、北三和北四采区。该大巷于2007年开始掘进施工，于2009年5月遇F3断层组，该断层组断层带宽3～6 m，落差,20～30 m。由于该断层组的存在，巷道支护很困难，

经历了正硐、底板绕道的失败，最终利用管棚注浆技术施工，于2010年11月由顶板绕道通过F3断层。但是，2012年2月15日，顶板绕道在F3断层处发生滞后突水，水量达到4.2 m3/min，瞬时最大曾达到8.5m3/min以上，并有断层带的泥、碎岩块以及砾石和沙子等随水涌出。严重影响矿井的正常生产，对该段过断层巷道修复技术的进行研究实践已达到刻不容缓的地步。

2 钻孔窥视与支护难点分析

为掌握巷道穿越断层处围岩变形特征，对变形机理分析进行可靠性验证，采用YS(B)型钻孔窥视仪对围岩泥化碎裂情况进行钻孔窥视。选取典型巷道变形断面，分别在断面2个肩角距离硐表600 mm和400 mm进行窥视。从窥视结果可以知该处围岩泥化碎裂是其大变形的主要形式，顶板水顺原生构造裂隙和开挖扰动裂隙软化围岩，发挥着加速巷道变形的关键作用，钻孔成型几个小时后即出现团块状或露珠状的泥糊，围岩软化速度和程度都远远大于其它岩层。

通过以上分析，可以看出该大巷穿越断层处支护难点主要有以下两点：

（1）巷道围岩强度较低。巷道开挖以后围岩在一定程度上产生松动破坏，距巷道硐表较近的围岩处于低压破碎状态，承载能力很低使巷道围岩得不到有效地控制。

（2）F3断层地面注浆治理中，没有在穿越段布置注浆孔。虽然－230 m回风大巷正硐迎头的注浆孔可能串浆渗入施工巷道的顶板附近，但对围岩破碎的固结及导水裂隙充填的作用有限。

3 巷道修复方案的设计

通过对巷道进行钻孔窥视及支护难点分析，决定采用超前注浆加固围岩和高密锚喷联合支护来进行修复。

3.1 破碎围岩超前注浆加固

3.1.1 注浆加固机理

断层带附近的围岩比较破碎，因而承载能力低，巷道不易维护。注浆加固有三种作用，其一是利用化学浆液的充填与胶结作用，将破碎围岩重新胶结为一个整体，从而围岩的抗压强度、抗剪强度、弹性模量等力学参数都大大提高，围岩稳定性明显提高。注浆的另一个作用是可以避免水由裂隙深入岩体，引起岩体水解弱化膨胀。此外，注浆将岩体粘接为一个整体以后，可以有效防止岩体内部与空气等的接触而发生风化。正是因为注浆有上述几种作用，因而可以显著地加固围岩。

3.1.2 注浆参数

巷道施工中，以超前探孔和注浆器，来实现提前封水和固结顶板，确保过断层段安全施工。2排超前注浆孔的角度分别为沿巷道轴向角度15°和45°。注浆材料采用单液不低于525#普通硅酸盐矿渣水泥，水量较大时采用化学浆液。为提高浆液流动性及早强，一般添加UNF－4复合早强高效减水剂，掺量为水泥重量的2.0%～3.0%。注浆压力为1.8～2.8 MPa，底角注浆压力不大于3 MPa。每孔用水泥约4～6袋，裂隙过大地段适当加大注浆量，一般在8～16袋。

3.2 高密度锚喷支护

3.2.1 支护原理

巷道锚喷锚杆和喷射的混凝土能与围岩共同形成一个承载结构，可有效地限制围岩变形的自由发展，调整围岩的应力分布，防止岩体松散坠落。还可以将围岩加以封闭，从而消除了水、潮湿空气以及风化对围岩的不利影响，可以减少巷道围岩强度的下降，间接地提高了围岩的强度。

密集锚杆支护可以提高锚固体破坏前和破坏后的力学参数，改善被锚固体的力学性能，实现对不同形态及不同破裂程度岩体强度的直接提高。通过提高径向应力及应力在径向的增加速度，促使围岩由二向应力状态向三向应力状态转化，从而达到提高围岩强度的目的。

3.2.2 支护参数

巷道锚喷施工采用三喷层、二锚杆分次实施，形成强韧封层及密集锚固结构。一喷层为初喷层，厚度为100mm，锚杆间排距为700mm×700mm，钢丝绳间距350mm×350mm。二喷层为二次锚杆强化层，厚度100mm，一次锚杆空档内打设，间排距700mm×700 mm，钢丝绳间距350mm×350mm。三喷层为厚度80mm，封闭内层支护及找平超挖点。锚杆采用22mm－2400mm等强锚杆，外露为30～50mm，每孔2卷Z2937树脂锚固剂，锚固力不小于80kN，螺母扭矩不少于100Nm。金属网采用钢筋方格网(6mm钢筋)，网孔规格为120mm×120mm。钢丝绳纵向吊挂长度不少于8m，横向应以巷道轮廓长度为准，规格为6"以上2股绳，搭接长度大于400mm，间距分350mm×350mm。

4 巷道修复施工

巷道整个过断层施工段以风镐掘进和干式钻眼为主，开掘断面采取由点到线，由线到面，由局部断面到整个断面的掘进工艺。为确保巷道安全顺利地穿过F3断层，掘进前需先沿巷道荒断面轮廓线，向掘进方向采用对角式打1排超前锚杆(锚杆角度分为45°和15°2种)，每次2个眼对角同时注浆。采用台阶式施工方法，将巷道断面以基拱线为界分为上、下2个台阶，先施工基拱线以上部分，再施工基拱线以下部分，每次只准施工1个循环进度800mm以内，上部超前下部施工2个循环进度，循环距离不超过1.6m。

5 修复效果观测

为了观测修复效果，在-340m辅助回风大巷过断层段，设置四个观测巷道收缩变形的观测站，观测期限为四个月。根据观测结果，修复后，巷道在四个月内两帮收敛变形量最大值为180mm，最小值为120mm，顶底板移近量最大值不超过140mm，且四个月以后巷道变形趋于稳定。这表明巷道修复取得了很好的效果，修复后的巷道完全可以满足生产的需要。

参考文献：

[1]黄河,李敏.断层带对巷道工程影响分析[J].煤炭工程,2010(1).

[2]齐干,唐强达.旗山矿深部断层冒落巷道修复技术研究[J].煤炭工程,2009(7).