巷道过断层破碎带施工技术及安全措施

巷道过断层破碎带施工技术及安全措施

鞠色江

重庆川九建设有限责任公司重庆401120

摘要：地质构造是矿井巷道开掘施工重要影响因素之一。其中巷道掘进过程中遇断层破碎带，受构造应力和原岩应力作用，断层构造发育范围内围岩整体性遭受破坏。在原生裂隙的基础上产生次生裂隙，促使巷道围岩强度降低、易破碎，掘进时围岩矿山压力显现剧烈，导致巷道围岩发生塑形破坏，顶板变形失稳严重，影响矿井的安全生产。工程实际中应选择合适的过断层方案，并采取有效的支护方案与安全管理措施，以保障矿井巷道在生产过程中安全使用。

关键词：巷道；过断层；破碎带；施工技术；安全措施

1工程地质与水文地质概况

1.1工程地质概况

某铁矿区内断裂构造较发育，纵向断裂有船底山断裂带（F1）和西部断裂带（F2），横向断裂有青山街~豹子山断裂带（F3）及F4~F10等小断裂。船底山断裂带（F1）出露在背斜轴部，断层角砾呈棱角状，岩屑和硅质胶结，强烈镜铁矿化。西部断裂带（F2）由南向北落差逐渐减小，沿断裂带有岩脉侵入及较强矿化和蚀变、地温变化相对强烈、赋矿层位出现挠曲。F3断裂带位于矿区南部，其胶结物为岩屑和硅质，具有强烈镜铁矿化和黄铁矿化的特征，普遍见有重晶石。成矿后期断裂带主要有F4，F5，F6和F7，为正长细晶岩脉充填，该组断裂破坏矿体，但位移不大。

1.2水文地质概况

区内含有第四系全新统孔隙含水层、岩溶裂隙和基岩裂隙含水层等。在钟姑复式背斜中，次一级背斜构造较发育，使轴部完整岩石破碎，产生裂隙，透水性增强，形成储水构造。一般单位涌水量为1.849~4.105L/（s•m），渗透系数为1.833~9.91m/d，最大单位涌水量为8.204L/（s•m），渗透系数为10.89m/d。含水层岩性以黄马青组下段杂色砂页岩为主，两翼岩层透水性有所减弱。

2巷道过断层合理掘进施工与支护技术

2.1巷道过断层合理掘进施工技术

当断层处围岩非常软弱破碎时，要采取超前管棚进行超前预加固措施和台阶法施工。首先通过钻孔揭露待掘地段岩层及超前预加固效果，然后在超前钻孔内安装超前管棚，喷浆封闭后再利用超前管棚进行注浆加固，最后在形成的超前管棚结构维护作用下进行巷道掘进和支护施工。在巷道距断层面前20m处布设管棚，管棚直径为63.5mm，管间距为200mm，长度为20~30m，外倾角为1.5°；采用水泥单液浆，注浆压力为1.0~2.0MPa。管棚布置如图1。台阶法施工中控制上分层高度在2.0m左右，长度在2.4m左右，宽度在3.0m左右。在完成下一循环管棚施工与注浆加固后，再进行下分层掘进

和卧底施工，然后对底板进行支护，直至穿越断层破碎带一定距离（5~8m），进入稳定地层。

图1巷道过断层管棚超前支护

2.2巷道过断层合理支护技术

针对巷道过富水断层破碎带的特殊条件，提出“初次型钢网喷+钢筋混凝土衬砌+二次注浆”联合支护技术方案。采用弹塑性理论计算围岩压力，采用牛顿-拉普森法计算结构内力，利用混凝土结构设计原理进行支护结构参数设计及验算。

2.2.1初次支护结构与技术参数

型钢支架采用U29型钢制作，全封闭结构，排距700mm。U型钢支架由3节组成，搭接长度500mm，钢架间采用7根Φ16mm圆钢拉杆连接。掘进循环进尺控制在700mm，以便于安装型钢支架，并与型钢支架排距基本一致。钢筋网采用Φ6.5mm圆钢焊接的经纬网，网格为100mm×100mm；喷射混凝土强度等级为C20，初喷厚度为120mm左右，覆盖住U型钢支架，然后在棚外再铺设1层钢筋网，复喷后喷层总厚度达到200mm左右。U型钢支架支护结构如图2所示。

2）衬砌承受3~5MPa水压

衬砌混凝土中拱顶、拱肩、两帮和仰拱底部面层钢筋均采用Φ25mm螺纹钢，按5根/m布置，并在面层铺设Φ6@100×100钢筋网。整体浇灌500mm厚C40混凝土，保证钢筋保护层混凝土厚度不小于40mm，且初次支护和二次支护总厚度为700mm。

2.2.3壁后充填注浆加固

在进行巷道的初次和二次支护后，及时进行壁后充填注浆。壁后充填采用注浆管进行集中注浆，保证支架和喷网层壁后充填密实，并对壁后孔洞和空隙形成充填和加固作用，使型钢支架和喷网层均匀受力，避免局部集中应力而失稳破坏，有利于改善和充分发挥型钢支架的承载性能。在浇灌混凝土前预埋注浆管，注浆管规格为Φ35mm×L700mm，按间排距2.0m×1.4m布置，保证注浆管孔口外露20~30mm。完成衬砌混凝土整体浇灌后，再通过预埋的注浆管对衬砌壁后进行注浆加固。注浆前可采用Φ27mm钻头进行扫孔，扫孔深度控制在1.0m左右，既可避免对注浆加固帷幕的破坏，又可对加固帷幕进行补强加固。可采用单液水泥-水玻璃浆液，浆液的水灰比为0.8~1.0，水玻璃的掺量为水泥用量的3%~5%，注浆压力1.5~2.0MPa。

3巷道过断层安全技术措施

3.1顶板管理措施

（1）掘进、架棚作业，预留管棚前端1500mm安全保护距离，管棚后端固定在U型棚（外露）连接长度不小于1500mm。管棚安装先在巷道中顶部安置1根管棚，然后依次向左/右排开安装，管棚安装注意钻机角度，不可过大或过小，钻机要安装稳固，切勿在钻进时发生钻机移动，造成管棚相撞。管棚安装要注意管棚间距，管棚需平滑安装，切勿一高一低。遇到岩石破碎时可缩小间距，岩石良好适当放开间距。管棚安装至巷道拱基线处。工作面管棚安装好，进行巷道掘进。

（2）超前管棚+架棚支护，掘进和架棚作业时空关系彼此相互配合，一掘一架有序进行，空顶下不允许工作人员入内作业。工作人员进入掘进工作面内作业前，首先对顶底板及两帮进行检查，确保安全后人员方可入内。

（3）完全按照矿井安全规程中顶板管理规定执行相关操作。

（4）使用半圆木或者是水泥背板充填空顶区域。

（5）巷道开掘过程中如遇到顶板冒落事故，必须马上停止作业，撤出人员。由具有相关经验的工作人员制定治理措施，并在顶板冒落范围内变形稳定后采用半圆木接顶。

3.2防治水管理措施

（1）掘进工作开始前可采用物探或者打探水钻孔方法，初步了解断层带附近围岩水文地质条件，制定超前预注浆固结围岩内孔隙，有效防止突水事故发生。

（2）巷道过断层破碎带掘进过程中如发现有突水征兆，立即停止作业，撤出工作人员，由经验丰富的工作人员编制安全合理的治理措施。

（3）合理编制施工进度表，保证施工中各工序合理有效的进行。

（4）考察现场施工具体情况，根据施工需要，在合适位置设立临时水仓，并配备与之匹配的水泵，通过管路保证排水工作的正常进行。

4结语

在巷道过断层破碎带施工当中，应当采取合理的安全技术措施，有效实现巷道围岩整体稳定性的提升，确保巷道掘进施工的安全性，解决了巷道过破碎断层带难度大的难题，为今后相似工程的开展提供了宝贵的参考和借鉴。

参考文献：

[1]王新兴.巷道过断层破碎带支护技术[J].煤矿安全，2012，10：83-85.

[2]李井生.施工巷道过断层破碎带支护方法[J].煤炭技术，2011，03：95-96.

[3]陈亮.巷道过断层破碎带的防治水技术探析[J].煤，2014，02：69-70.