S1206工作面安全通过断层构造带技术研究与应用.pdf

552017 年第 6 期 S1206 工作面安全 通过断层构造带技术研究与应用 戎冬冬 郗泽松 潞安集团 余吾煤业有限公司，山西 长治 046103 摘 要 余吾矿 S1206 工作面回采过程中需要穿过 F77 断层构造带，通过采用 KDZ1114-6A30 矿井地质探测仪对断层产 状进行现场勘探，在掘巷期间通过钻孔窥视仪对断层构造区附近巷道顶板进行观测，通过布置测点对围岩变形情况进行监 测，在此基础上提出了采取锚网索和钢筋梯子梁联合加强支护的方法来控制围岩的稳定性。研究结果为断层构造区工作面 的安全高效回采提出了一种新的监测和防治思路。 关键词 断层 钻孔 窥视 支护 中图分类号 TD322；TD35 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2017.06.024 Research and Application of S1206 Working Face Safety Through Fault Zone Rong Dong-dong Xi Zhe-song Yuwu Mining Co．Ltd．，Lu an Group，Shanxi Changzhi 046103 Abstract Need to pass through the F77 fault zone more than my mine working face S1206 mining process, through the use of KDZ1114-6A30 mine geology detector field exploration of fault occurrence, and in roadway driving period through borehole instrument on the near fault zone of roadway roof were observed, by arranging the measuring points on the surrounding rock deation monitoring based on the stability of cable anchor and steel ladder beam combined support to control the surrounding rock. The results of this study provide a new for monitoring and controlling the safety and high efficiency of the working face in the fault zone. Key words fault drilling peep support 收稿日期 2017-03-14 作者简介 戎冬冬（1988-，男，山西五台人，2011 年毕业于山 西大同大学采矿工程专业，助理工程师，长期从事煤矿技术管理 工作。 1 地质概况 余吾矿 S1206 工作面布置在 3煤层中，煤层平 均厚度 6.4 m，老顶为粉砂岩，厚 11.25m，深灰色， 夹薄层砂质泥岩。直接顶为砂质泥岩，厚度约 1.3m， 深灰色，底部夹薄层泥岩。伪底为砂质泥岩，厚度 为 00.5m。直接底为细粒砂岩，厚度为 00.2m， 深灰色，含少量白云母。老底为粉砂岩，厚度为 011.57m，局部夹薄层细粒砂岩。 S1206 工作面顺槽掘进过程中，勘探到有断层 的存在，为了准确的探明断层的具体方位参数，选 用现场适用性强、探测准确度高的 KDZ1114-6A30 矿井地质探测仪，并配合钻探对 S1206 工作面 F77 断层进行了分析。分析结果显示断层揭露位置为 1222.6m 处，为逆断层，走向 1、倾向 91、断 距为 7.5m。巷道前方 30m 处（断层下盘）煤层坡 度约为 -23，煤层逐渐变薄。断层上盘煤层厚度 6m，煤层倾角 610。综合分析初步预报 F77 断层如图 1 所示（与掘进揭露断层情况相近）。 图 1 S1206 胶带顺槽过 F77 断层地质剖面图 2 断层构造带附近顶板特征 S1206 工作面胶带顺槽掘进通过断层时，在断 层附近采用钻孔窥视方法对顶板进行监测，部分典 型的裂隙发育情况如图 2 所示。统计发现，顶板下 位岩层 02.5 m 范围内裂隙相互贯通，整体破碎、 脱落，2.55 m 范围内有多处层理、劈裂并有大范 围离层现象，破裂范围和规模甚至超过巷道中部顶 562017 年第 6 期 板变形最大的区域。可见，通过断层构造区域巷道 顶板较为破碎，需要采取加强支护等方法来控制围 岩的稳定性，防止发生冒顶等巷道矿压显现事故。 图 2 巷道顶板不同层位钻孔窥视结果 3 加强支护与矿压监测 3.1 表面位移监测 针对断层构造带附近的巷道，选择长度 20 m 的范围进行围岩表面位移跟踪监测，用以对设计方 案进行调整优化，指导后续施工。 巷道开挖完成后，围岩产生的形变是多方位和 动态的。多方位是指自重应力和构造应力引起的沉 降和侧向挤压造成的拱帮收敛和底臌变形；动态指 的是变形随时间呈非线性变化。自在断层前方 10m 位置处第 1 个断面 A1 测点安装并开始监测以来， 先后分别在过断层位置处安装了2个断面A2测点， 并在过断层后方 10 m 位置处安装了第 3 个断面 A3 测点，3 个监测断面围岩表面收敛位移与时间关系 如图 3 所示。 由现场实测数据可知，巷道开挖后曲线快速上 升，持续时间 10 d 左右。这是由于巷道开挖引起表 面岩体法向荷载卸除，应力场调整导致切向荷载大 大增高，岩体承受的偏应力大大超过岩体剪切强度， 使得围岩由表及里快速破裂扩展，岩体碎胀扩容导 致围岩侧向位移迅速增加。这一阶段内，监测断面 距掘进工作面较近，曲线存在明显震荡，显示表面 岩体变形的不稳定性。随着掘进工作面继续推进， 锚杆和锚索发挥支护作用，变形受开挖影响越来越 小。当掘进工作面距监测断面超过 40 m 后，位移 不再受开挖的影响，变形速率明显降低。开挖 40 d 后表面位移产生突变，变形速率增大明显，达到 15 mm/d。据此判断断层构造对巷道变形和稳定性造成 很大影响，因而在该段应适当增加支护强度。 图 3 围岩表面收敛位移与时间关系曲线 3.2 加强支护方案 S1206 工作面回采至 545m 时，将在回风顺槽 首先结露 F77 断层，该断层贯穿工作面，对生产造 成严重影响，为确保安全顺利施工，制定了 S1206 工作面过 F77 断层方案。根据现场施工条件，采取 了对应的支护措施。在揭露 F77 断层前后 10m 采用 锚杆锚索加强支护，在揭露 F77 断层前后 5m 采用 架工字钢棚支护，如图 4 所示。 572017 年第 6 期 过断层附近煤层巷道采用锚网索和钢筋梯子 梁联合支护的方式，具体支护参数如下（1）顶 锚杆的间排距为 860800mm，顶锚索的间排距 10001600mm，一排布置三根顶锚索。帮锚杆的 间排距 900800mm；（2） 顶锚索形式和规格为 锚索材料为Φ18.9 mm高强度低松弛预应力钢铰线， 长度 8300mm，采用 3 支 K2350 低粘度快速树脂锚 固药卷锚固，锚固长度为 1500mm。要求锚索初次 张拉达 300kN，预应力损失后达到 250kN；（3） 顶板和帮部锚杆形式和规格锚杆杆体为 Φ22mm 左旋无纵筋螺纹钢钢筋，钢号为 HRB500 型，长度 2400m，杆尾螺纹为 M24。锚固方式为树脂药卷加 长锚固，采用 2 支 Z2350 低粘度慢速树脂锚固药卷 锚固，锚固长度为 1000mm。锚杆扭矩为 300Nm， 锚固力 200kN。 4 结论 （1）采用钻孔窥视的方法对断层构造带附近 顶板监测结果表明，顶板下位岩层 02.5 m 范围内 裂隙相互贯通，整体破碎、脱落，2.55 m 范围内 有多处层理、劈裂并有大范围离层现象，破裂范围 和规模甚至超过巷道中部顶板变形最大的区域。 （2）断层破碎带岩性复杂，巷道压力显现规 律多变。通过断层构造带时对巷道变形和稳定性有 很大影响，采用锚网索和钢筋梯子梁联合支护的方 式进行加固修复。 图 4 断层附近巷道支护方案 （3）通过覆岩移动理论、导水裂隙带计算以 及数值模拟三种方法的计算比较，得出导水裂隙带 的最大发育高度为 70m 左右。 【参考文献】 ［1］ 许家林 , 钱鸣高 . 覆岩采动裂隙分布特征的研究 [J]. 矿山压力与顶板管理 ,1997,34210-212. ［2］ 武雄 , 汪小刚 , 段庆伟 , 等 . 导水断裂带发育高度 的数值模拟 [J]. 煤炭学报 ,2008,336609-612. ［3］ 张辉 , 朱术云 , 李秀晗 , 等 . 综放开采覆岩导水裂 隙带高度研究 [J]. 工矿自动化 ,2015（1）10-14. ［4］ 许海涛 , 任建军 , 李永军 . 综放工作面导水裂隙带 发育高度预计 [J]. 煤炭技术 ,2015（6）10-12. ［5］ 余学义 , 王金东 , 赵兵朝 . 机械化开采条件下导水 裂隙带发育高度研究[J]. 煤炭工程,2015 （9） 86-89. ［6］ 胡小娟 , 李文平 , 曹丁涛 , 等 . 综采导水裂隙带多 因素影响指标研究与高度预计 [J]. 煤炭学报 ,2012 （4）613-620. 为 0.41m。当工作面回采 200m 时，距煤层 58.4m 的 10.6m 厚中粒砂岩最大位移值为 0.61m，距煤层 85.3m 的 28.4m 厚砾岩最大位移值为 0.43m。 工作面分别回采 140m 和 200m 时，上覆主要 岩层的位移值基本保持不变。因此，工作面回采 200m 时，其上覆岩层导水裂隙带高度将不会增加， 达到稳定值。 5 结论 （1）由覆岩移动理论计算工作面“三带” 高度得，冒落带高度为 28.33m，裂隙带高度在 43.8268.31m 之间。 （2）综合考虑关键层的抗拉强度、岩层下部 的自由空间高度和工作面的推进距离的条件下，理 论分析得出导水裂隙带的最大发育高度为 66.4m。 （上接第 54 页）