巷道过断层群稳定性分析及支护技术研究

工作面回采期间巷道围岩的稳定，基于松动圈理论、悬吊支护理论，对巷道围岩支护参数进行了设计，顶板采用锚索，

配合工字钢，在贴顶帮处进行锚索补强，巷道掘进采用短掘、快掘、短支方式，有效确保过断层群时破碎顶板的稳定性。

在巷道掘进期间及回采工作面回采期间，巷道围岩均保持稳定，未出现冒顶事故，获得了较为显著的经济效益。关键词：巷道掘进；断层群；巷道支护；稳定性中图分类号：TD353

文献标识码：A 文章编号：2095-0802-(2020)01-0124-02Stability Analysis and Support Technology Research of Roadway Passing through Fault

GroupWU Dongliang(Dayangquan Coal Co., Ltd., Yangquan 045000, Shanxi, China)

Abstract: During the excavation of 3036 return air roadway in A Mine, a fault group with a length of about 90 m was encoun­

tered, and the roof strata of the roadway were broken. In order to ensure the stability of the surrounding rock of the roadway during the tunneling and the mining of the working face, based on the loose circle theory and the suspension support theory, this paper designed the supporting parameters of the surrounding rock of the roadway. The roof adopted the anchor cable, which was combined with the I -beam steel to reinforce the anchor cable near the top side. The roadway tunneling adopted the short excavation, fast excavation and short support mode to effectively ensure the broken roof when passing through the fault group.

During the period of roadway excavation and stoping, the surrounding rock of roadway kept stable without roof falling accident, and the economic benefit was remarkable.Key words: roadway excavation; group of faults; roadway support; stability巷道是保证井下生产运输的通道，保持巷道围岩 的稳定对促进矿井生产效率的提升、改善井下作业条 件具有明显的促进作用。由于矿井地质条件复杂，巷 道掘进过断层、陷落柱等时，顶板往往较为破碎，保 持巷道顶板的稳定是巷道安全平稳通过断层的必要条 件。一般情况下，过断层时，巷道顶板破碎，采用架 棚支护方式需要耗费大量的人力及物力，不仅增加了 矿井生产成本，而且对巷道的支护效果也不甚理想叫

厚4 m的粗砂岩，较为坚硬；基本顶为细砂岩与中砂 岩互层，含有少量云母岩；直接底为深灰色的细砂岩， 水平层理发育。当3036回风巷掘进到设计的0 m位置 时，遇到一正断层，落差为2.5 m；巷道掘进至912 m

时，遇到一小逆断层，落差为0.6 m。在断层附近区 域，顶板岩层较为破碎，初步断定巷道掘进进入到断层

群，后巷道掘进至980 m时，共揭露9条断层，其中，

针对上述问题，山西A矿采用高预应力锚索吊梁，配 合使用贴帮锚索，对巷道顶板进行控制，以较少的巷 道支护投入解决了巷道过断层时围岩难以控制的难题, 并避免了回采面生产期间巷道的二次支护。7条为正断层，其余为逆断层，最大落差为2.5 m，最 小落差为0.45 m[2]o2支护方案2.1支护方案设定以往巷道过断层支护除了采用锚杆、金属网以及锚 索联合支护之外，还额外采用架设工字钢方式进行补强 加固，这样一来，除了增加了巷道支护成本之外，还占 用了大量的巷道掘进时间，增大了工作人员的劳动强 度， 制约了巷道掘进效率的提升， 且对巷道围岩的支护 效果不明显。根据以往巷道支护监测数据，在回采面开 采过程中，超前支承压力突然释放或者巷道两帮受到较 大的侧向压力作用时，巷道出现较大的变形，巷道支护 的工字钢出现弯曲、棚腿扭曲等，巷道支护效果不明 显。过断层群时巷道的顶板较为破碎，破碎的岩体承载 能力较差，主要由破碎岩体之间的摩擦力提供。巷道受1工程概况A矿3036回风巷沿着3#煤层底板掘进，回采区域 埋深为250〜312 m，煤层赋存较为稳定，巷道掘进区 域总体位于一向斜构造侧部，走向为225°，倾向116。， 煤层倾角5。。3#煤层的厚度为1.42-1.76 m，平均厚度 为1.5 m。巷道布置的断面形状为矩形，高度为2.5 m， 宽度为4.5 m，巷道掘进需要调约1 m厚的顶板。3#煤 层与上覆1#煤层层间距为15 m。3036回风巷直接顶为

收稿日期：2019-11-18

作者简介：武东亮，1986年生，男，河北井陉人，2015年毕业于中 国矿业大学采矿工程专业，助理工程师。•124 -2020年第1期武东亮:巷道过断层群稳定性分析及支护技术研究2020年1月到矿山压力作用，特别是受到水平应力作用时，破碎 的岩体之间相互作用，从而形成一定的压力拱，保证 巷道顶板破碎围岩不会出现垮落。在顶板形成的压力 拱下方，破碎岩体受到的水平作用力较小，破碎岩体 之间的摩擦作用较弱，容易造成巷道顶板垮落X。对 巷道围岩进行支护的目的就是保证围岩的稳定。巷道掘进遇到的断层群断层落差在1.5 m左右，将 掘进巷道的顶板作为松动圈，采用悬吊理论，在破碎 的巷道岩层中施加压应力，形成压应力区，当锚杆、 锚索间距布置合理时，这些压缩区域连成一个整体， 共同承受巷道受到的载荷，保证巷道稳定。根据巷道掘进区域实际情况，3036掘进工作面过 断层带时，采用锚杆、锚索网联合支护方式。顶板锚 杆采用直径18 mm、长度2 000 mm的高强左旋螺纹 锚杆，设计间排距均为1 000 mm，配套采用的锚杆托 盘规格为110 mmx110 mmx10 mm，施加的预紧力不小 于200 N・m;锚索采用直径为17.8 mm的高强钢绞线， 长度为 6 000 mm， 3 排布置， 间排距均为 1 500 mm， 施加的预紧力不小于150 N-m;采用的金属网中金属 丝直径为8 mm，菱形孔的规格为250 mmx250 mm。 巷道两帮采用锚杆+金属网支护，锚杆采用直径为 18 mm的高强金属锚杆，采用水泥托盘，锚杆间排距 均为1 000 mm，采用的金属网中金属丝直径为8 mm， 菱形孔的规格为250 mmx250 mm[5]o2.2巷道施工

基于上述支护参数，采用11#工字钢将布置的顶板 锚索连接起来，从而提升巷道顶板的整体稳定性。采 用工字钢配合锚索支护方式，提升了巷道顶板的整体 稳定性，巷道顶板锚索由原来的单点支护变成线性支 护，相当于起到桁架支撑作用，并且施加了预应力， 使得巷道顶板岩层形成覆盖全面的锚索支护系统。巷 道顶板支护配套采用的矿用工字钢长度为2 500 mm。根据以往巷道支护经验，在破碎顶板巷道、回采 面端头以及超前支承压力影响较为明显的区域（超前 回采面20 m位置），巷道边缘顶板往往会出现较为明 显的断裂情况，容易引起顶板冒落。因此，在上述支 护参数的基础上，采用贴帮支护方式，在3036回采面 的侧面靠近巷道顶板侧200 mm位置布置一排间距为 3 000 mm、直径为17.8 mm、长度为6 000 mm的锚 索，在回采过程中，当煤帮失稳时起到临时支撑的作 用。 同时， 配套采用工字钢作为托盘， 长度为600 mm。 3036巷道具体的支护参数如图1所示。巷道每掘进 1m就及时对围岩进行支护，达到巷道设计的锚杆、锚 索排距之后及时进行锚杆、锚索悬吊支护。当巷道侧 帮具备施工边缘锚索条件时，及时施工贴帮锚索。3断层群顶板支护技术分析通过技术分析对比发现，在3036回风巷过断层群 期间，决定对原采用的顶板支护方案进行优化，采用 锚杆桁架配合n型钢棚对顶板进行支护氏单位:mm贴帮锚索，017.8mm,锚索017.8 mm,L=6 000 mm, L=6 000 mm,间距3 000 m间排距 1 500 mmx1 500 mm工字钢托板心00讪750500/左旋无纵筋螺纹钢锚杆018 mm,厶=2 000 mm,彳'可排距 1 000 mmx1 000 mm顶帮挂菱形金属网75010001 (001000750 8-_ E[11#工字钢梁Oo螺纹钢锚杆，①18 mm, /L=3 500 mmP=2P00 mm,间排距041 000 mmx1 000 mm<500L.长度。图1巷道支护参数设计示意图3.1支护优化在巷道过断层群之前，将支护锚索变更为直径21.6 mm、长度8 300 mm的预应力钢绞线。为了减少 锚索锚固时间，提升锚索的锚固质量，每根锚索使用 2支双速树脂型锚固剂进行锚固，型号为MSK23/120,

同时将锚索的排距从3 000 mm降低到2 000 mm。为了提升锚杆支护效果，采用左旋无纵筋高强螺 纹锚杆替代原支护锚杆，锚杆长度增加到3 200 mm， 同时每根锚杆配备1支超快型锚固剂及1支加长快速 型锚固剂，型号分别为MSK23/25、MSK23/80。3.2锚杆桁架支护为了减少巷道过断层期间顶板的应力集中现象， 采用锚杆桁架支护，设计采用的锚杆桁架主要包括2根倾 斜锚杆、1个拉紧器、2个钢垫片及2根拉杆叫当巷道 掘进到断层破碎带时，待锚杆、锚索支护完成之后，在 2排n型钢中间距离巷道1m位置处施工倾斜锚杆， 与巷道顶板夹角为60°，锚杆长度为2 000 mm。锚杆

施工完毕之后，在外露的锚杆上各安装1根拉杆，通过 拉紧器连接，并在拉杆与巷道顶板之间填充金属垫片， 以便拉杆能够有效地对顶板进行支撑。3.3 n型钢棚支护为了进一步增大巷道顶板的支护强度，在3036回 风巷过断层群时进行架棚支护，并铺设水泥背板及纵 向工字钢。由于3036回风巷的宽度为5 000 mm，传

统的钢棚支护支撑能力较低，因此采用n型钢棚支护， 并安设棚腿，在棚腿的下部安设底座（规格为长 300 mm，宽300 mm，高50 mm）;当巷道掘进到顶板 破碎区时，在巷道壁板处施工规格为300 mmx300 mm （深x宽）基础坑，将棚腿埋入到基础坑之内并用水泥 浇筑；相邻的3个n型钢架棚搭设完毕之后，在顶梁 上方搭设长度为3 500 mm的横梁，横梁的间隔为 1 000 mm，每3排架棚之间搭设5根横梁。在横梁上 部铺设4 800 mmx500 mm （长x宽）的水泥背板，背 板与横梁垂直布置。当所有的架棚支护完毕之后，为 了保证架棚的稳定， 在相邻的架棚之间采用拉杆连接。（下转128页）•125 -2020年第1期2020年1月力的调整是采用人工方式增加重锤、张紧小车及重锤 小车载荷，无法实现对张紧的自动化控制，无法适应 大型的带式输送机张紧需要。2.3自动张紧装置现阶段最为常用的自动张紧装置为液压缸自动张 紧装置，具体如图6所示。在具体工作中，当胶带张力 出现变化时，液压油缸内的油压值出现波动，传感器 发出相应监测信息，液压系统做出相应反应，活塞杆 移动，对张紧力进行调整。够保证带式输送机胶带张紧力固定，不需井下工作人员 时常对胶带张紧力进行调整。可移动张紧装置也会出现 张紧力过大、胶带过紧的情况，彳旦仍优于固定式张紧装置。通过对张紧装置的比对分析可知：由于固定式张

紧装置无法动态调整张紧距离，无法适应胶带张紧力 的变化需要，对输送机的正常启动及安全运行都会造 成一定的影响；可移动张紧装置对胶带施加的张紧力 保持不变， 输送机在启动、 正常运行及制动等阶段对张 紧力的需要各不相同，始终保持张紧力固定不变，仍会 给皮带输送机正常运行带来一定的不利影响；而液压缸 自动张紧装置可克服上述2种张紧装置存在的弊端，根 据带式输送机各个工作阶段的张紧力需要，实现对胶带 张紧力的自动调整，因此，在大功率、长距离、智能化 输送机中，液压缸自动张紧装置的应用最为广泛。4结语带式输送机设计选型过程中，胶带的磨损力、下垂 度是重要的设计指标，张紧装置的合理选择对保证胶带 的高效、平稳运行具有重要作用。根据带式输送机运输 距离、运输量、倾角、使用空间等合理确定张紧装置的 类型及安设位置， 保证输送机在启动、 运输、 制动等阶 段都可以正常运行，降低胶带、滚筒磨损程度。参考文献：[1 ]揭施军，熊晓燕，武兵，等.张紧方式对带式输送机启动特性的

图6液压缸自动张紧装置结构示意图液压缸自动张紧装置具有响应时间短、反应速度 快、胶带张力波动小、设备运行可靠等优点，是国内 带式输送机自动张紧装置应用最为广泛的类型。3不同张紧装置对比分析固定式张紧装置由于张紧距离保持固定不变，无 法实现对张紧力的动态调整。带式输送机初期启动时， 胶带受到较大的张紧力作用；当胶带运行一段时间后， 由于出现变形、延伸等，胶带受到的张紧力会有所降 低。因此，在带式输送机使用一段时间后，井下工作人 员需要根据自身经验对张紧装置张紧距离进行调整，但 是调整距离不宜过大，避免出现胶带过度张紧的情况。可移动张紧装置(包括自动及可移动张紧装置)能

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影响[J].液压与气动,2019(6) ： 53-57.[2]马晓林.带式输送机张紧装置的研究[J].机电工程技术,2019,

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式输送机上的应用[J].煤矿机械,2019,40(4)： 133-135.[4] 任晓力.带式输送机中螺杆张紧装置的设计:J].煤矿机电，

2019,40(2)：99-101.[5] 肖玉龙.皮带输送机自控液压拉紧装置的应用研究[J].机械

研究与应用，2017，30(2)：161-162.(责任编辑：高志凤)(上接125页)4巷道围岩控制效果分析采用调整后的巷道支护参数进行巷道掘进及围岩 控制，在巷道过断层群期间，巷道顶板未出现较为明 显的下沉，回采工作面推进过程中，顶板也未出现较 明显的下沉，仅仅在局部区域巷道侧帮出现较大变形。 整体来说，设计的巷道支护参数能满足工作面安全生 产需要。从巷道支护材料费用来分析，采用优化后的 巷道支护参数能够节能工字钢600 m以上，稍微增加 了钢绞线的使用量。综合分析来看，优化后的巷道支 护参数能节省巷道过断层群期间的支护费用约 70 000元，同时避免了巷道的二次支护。巷道过断层群期间， 采用短掘、 快掘、 快支护方式能对 巷道围岩起到良好的控制作用。参考文献：[1] 陈晓祥，吴俊鹏.断层破碎带中巷道围岩大变形机理及控制技

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北京：中国矿业大学,2014.[6] 沈明柱.煤岩巷道掘进过大断层群的围岩控制实践[J].科技

5结语根据松动圈理论，采用悬吊支护方式可以对巷道 围岩进行有效支护，同时在巷道侧帮靠近顶板位置进 行贴帮锚索支护，能对顶板起到辅助支护的作用。在

•128 -创新导报,2013(23):21.[7] 贺喜泽.井下掘进巷道过断层支护技术探究[J].机械管理开

发,2018,33 (3):85-86.(责任编辑：刘晓芳)