冲击地压煤矿断层带巷道维护加固技术

冲击地压煤矿断层带巷道维护加固技术

丰志国

山东省天安矿业集团有限公司星村煤矿防冲办 山东省 济宁市 273100

摘要：断层破碎带是一种严重影响煤巷掘进及支护的地质构造。受构造应力影响，断层附近应力集中、矿压显现剧烈；断层破碎带区域发育有次生小构造，围岩松散破碎，承载能力差，围岩变形显著。巷道掘成后易发生长时持续变形，难以进入变形稳定阶段，给巷道的掘进及支护工作带来巨大挑战。巷道掘成后后期常需要经历多次返修加固，工程量及成本较大，且返修期间影响巷道正常使用。

关键词：冲击地压；煤矿断层带；巷道维护加固；技术

引言

我国能源储量丰富，大致呈现出多煤、少油、贫气的格局，随着我国能源的整改，煤炭资源的开采中心逐步向着我国西部进行转移。考虑煤炭资源重生时间长，我国提出利用清洁可再生能源代替化石能源，但由于我国处于清洁能源的起步阶段，风能、太阳能、水能等仅能提供很少部分的能源，所以我国大的能源格局不会发生改变，未来４０年煤炭资源仍是我国最大的能源支柱。随着我国开采年限的不断增加，煤炭资源的开采由赋存较为简单的煤层逐步向着赋存较为复杂的煤层进行转移。煤矿进行作业过程中，各种地质特征的存在对矿山开采十分重要，一旦遭遇断层工作面时，工作面的顶板变形量增大，导致工作面控制难度增加，十分容易导致冒顶、片帮事故，威胁矿山的正常生产。

1巷道过断层的研究方向

国内巷道过断层研究主要集中在两个方面，一方面是巷道过断层支护技术的研究，另一方面是巷道过断层水害防治技术的研究，两方面都涉及注浆工程。其中，注浆材料以黏土、水泥和化学浆液为主，黏土浆液抗渗性好，扩散性好，适用于封堵水；水泥浆液固结强度较黏土浆液高，价格较化学浆液低，适用于大规模工程加固；化学浆液凝固速度极快，主要解决局部极端条件下注浆加固问题。注浆工程一般依据浆液的优势性能选取注浆材料，当地质条件复杂时，需要优势性能更加突出的浆液来满足工程需要，即需要抗渗性更好的黏土浆液，抗压强度更高的水泥浆液等。这就需要对常规的浆液进行改性研究，国内外浆液改性方面的研究多集中在各类添加剂的使用。但大量添加剂的使用一方面会造成环境污染，另一方面会造成注浆成本增加。因此，低成本、低污染的注浆材料改性研究成为研究热点。

2支护原理

在破碎围岩或者断层破碎带区域进行支护时，首先考虑的支护理论应为一次高预应力强力支护理论。该理论强调在支护系统的初期就应该大幅提高支护的刚度与强度，使软弱、节理化的岩体能够保持围岩稳定性，其在施工过程中的变形能够得到有效控制。同时采用一次高预应力强力支护措施，能够实现使用一次支护可以达到施工要求，在最大程度上节约了人力、物力的重复使用。然而实现一次高预应力强力支护应同时符合下列3个条件：①在支护初期，使用一次强力支护系统强度与刚度满足设计要求，能够对离层、滑动、裂隙张开等不连续变形进行有效控制，使围岩在最大程度上保持完整；②支护系统延伸率满足施工要求，支护系统整体的位移允许巷道围岩能够产生一定连续变形和整体位移；③支护系统可操作性强，能够迅速应用于现场，并实现快速作业。

3冲击地压煤矿断层带巷道维护加固技术

3.1注浆锚索技术

针对不同的情况，应从提高围岩承载能力与支护体强度两方面入手以控制断层破碎区煤层巷道的长时流变。一是提高支护系统的强度，通过高强高预紧力注浆锚索，限制离层形变，保持围岩整体结构完整，提高围岩--支护体系统的稳定性；二是通过注浆增强围岩自身的承载能力，形成围岩承载结构，从而减轻支护系统的压力。考虑到该回风巷受断层构造影响，围岩破碎、承载能力差，同时巷道围岩所处应力环境复杂，支护系统需具有足够的刚度，满足复杂应力环境支护需求。基于上述分析，断层破碎带区域巷道拟采用注浆锚索、高强锚注支护系统。从围岩注浆改性、支护体系强化两方面控制巷道围岩变形。即通过普通锚杆和高强注浆锚索的配合，形成多层次高强度支护系统，控制浅部和深部围岩的离层变形，同时，对围岩注浆改性提升围岩承载性能，最终通过锚杆索支护系统控制围岩的长时持续变形，保障巷道服务期间的安全。该支护技术特别适用于围岩条件较差、断层构造附近等应力环境复杂的煤层巷道的大变形控制，对于断层构造区煤巷的支护较为适用。

3.2分类注浆技术

①断层破碎区。通过钻孔对断层进行探测，有明显的涌水区域即为断层破碎区。采用改性后的水泥浆液对断层破碎区进行注浆加固，改性后的水泥凝结速度快，抗压强度高，可以有效防治水害。②断层相对完整区。通过钻孔对断层进行探测，无明显涌水区域即为断层相对完整区。采用改性黏土浆液进行封堵，改性后的黏土浆液有更好的抗渗性能，可以有效控制巷道涌出水量，保持巷道的耐久性。③断层－巷道交汇区。采用化学浆液进行超前预注浆。化学浆液凝结速度极快，可将破碎区快速加固成一个整体。在不影响巷道掘进速度的前提下，有效改善了巷道工程地质条件。

3.3过陷落柱巷道支护技术

陷落柱区域内巷道破坏特征：①变形的破坏方式较多，有破碎带巷道顶板下沉、巷帮片帮等；②巷道变形量大，巷道围岩应力释放速率快，且处于较长时间，其主要表现在巷道顶底板移近速度、巷道两帮移近的速度，且巷道围岩自稳时间较长；③陷落柱构造破碎带围岩变形破坏表现出很强的各向异性，巷道围岩的变形及破坏无对称性，无法做出精准的预测；④陷落柱松散围岩与支护体相互作用后，破碎带围岩变形不会在短时间内停下来，围岩变形表现出较强的流变性。注浆加固围岩：采用的为联邦双液注浆材料，2种浆液混合后凝固时间为3～10min，凝固后1～8h内浆液岩体强度可达到8～15MPa以上，注浆的压力选取10～15MPa，为了能使浆液完全扩散到破碎孔隙中，超前预注浆加固巷道顶板采用拱形布孔，形成拱形壳体围岩结构，顶板、两帮及底板钻孔离巷道轮廓线均为0.5m，在工作面迎头距离顶板下0.5m处，布置一排5个钻孔，间距1m，两侧孔外斜角度7°、仰角4°，中间孔仰角10°，水平布置；在工作面迎头中部布置一排3个钻孔，两侧孔外斜角7°，中间孔0°，水平布置无倾角；在距离工作面迎头底板往上0.5m处布置一排3个钻孔，两侧孔外斜角6°、倾角-6°，中间孔0°、倾角-10°。注浆采用分段前进式超前注浆施工工艺。分段前进式深孔超前注浆是钻、注交替作业的一种注浆方式，按照设计要求，每循环加固长度为20m，后续注浆段均预留2m注浆岩层，用来保障钻孔的施工安全。

结束语

煤岩体是一个极其复杂的地质体。与其它工程材料相比，它具有两大特点：其一是煤岩体内部含有各种各样的不连续面，如节理、裂隙等，这些不连续面显著改变了岩体的强度特征和变形特征，致使岩块与岩体的强度相差悬殊；其二是煤岩体含有内应力，地应力场的大小和方向都显著影响着围岩的变形和破坏。随着现代矿井逐渐向深部延伸，岩体所处的地质条件越来越复杂，巷道在区域地应力及地质构造作用下的局部地应力影响下，巷道围岩条件更加复杂也能难支护，选用合适的维护方案，加强巷道安全。

参考文献

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