摘要：断层带内围岩破碎，自稳能力差，巷道支护困难。某矿西三C组煤中部采区矸石胶带机上山需穿越F24斷层，区域地质条件复杂，受构造运动影响，围岩内赋存高水平地应力，巷道处于深部大规模松软围岩内。为确保施工安全，快速掘进，首先采用超前预注浆、小循环注浆对破碎带深部区域局部岩体进行加固，而后采用锚索网喷和二次注浆加固，有效消除了巷道过断层期间的顶板围岩冒落、片帮等各种不安全因素。结果表明，采用上述综合加固技术后，巷道围岩变形控制效果良好，取得了良好的技术经济效果，对今后类似巷道穿越大断层影响带的支护方法与施工提供了参考。
　　关键词：断层破碎带超前预注浆二次注浆锚索
　　0 引言
　　断层是矿山巷道、隧道及其它岩石地下工程中经常遇到的地质构造，在多数情况下，是作为一个低强度、易变形、透水性大、抗水性差的软弱带存在的[1]。由于其围岩破碎、松散，受构造应力影响应力集中现象明显，依靠常规的巷道支护技术和施工方法很难克服开挖期的冒顶、突水等地质灾害和运行期大变形引起的支护结构破裂失稳，因此，通过断层的施工技术方案与措施的选择显得极为重要。
　　国内外学者围绕断层影响下巷道、隧洞围岩变形与破坏问题进行了深入而广泛的研究。刘勇[2]通过合理的注浆工艺和注浆参数研究，采用化学注浆加固围岩的方法，并采用钻孔窥视，分析了浆液充填规律，验证了注浆效果；乔健[3]采用高强度预应力锚杆网支护、小孔径预应力锚索加强支护、喷浆和U型钢结合壁后充填技术，保证了穿断层区域巷道长期稳定；刘泉生等[4]采用深浅孔注浆配合锚杆锚索支护对断层带巷道进行了加固，并对施工期和运行期巷道围岩的稳定性演化规律进行了研究；薛翊国,李术才等[5]采用TSP超前探测方法，对青岛胶州湾海底隧道过断层期间，注浆前后的围岩情况进行了实测，丰富了断层的超前预报及注浆效果检验手段；赵毅鑫等采用超前管棚注浆支护技术研究了巷道通过极复杂断层带面临的破碎围岩变形控制问题。
　　研究表明[6-7]，采用超前预测、超前注浆（水泥浆、化学浆等）增强断层带内岩体的自稳强度，并在巷道掘进期间及运行期间加强矿压观测，对量测数据进行分析处理与必要的计算和判断后作出预测与反馈，实现信息化施工，能够保证巷道施工安全和围岩稳定。本文将介绍超前预注浆+小循环顶板注浆+锚索网喷主动支护+二次注浆加固技术在巷道过断层的综合加固技术，为类似巷道的加固与支护提供宝贵的经验。
　　1 工程概况
　　1.1 工程背景 某矿西三采区受F24逆断层影响，将该采区划分为上、中部采区。根据区内三维地震勘探资料解释，F24逆断层落差20～60m，断层裂隙带宽度达40～60m，且岩体破碎，内含裂隙水、构造煤、泥流等，影响范围广。该矿西三C组煤中部采区矸石胶带机上山为系统巷道，需穿越该断层，巷道设计标高-601～-788m。邻近巷道皮带机上山通过该断层，掘进期间采用架棚被动支护，施工工期达到3个月，巷道投入使用至今，已进行多次巷修，巷道维护极为困难。剖面图见图1。
　　1.2 巷道加固方案 根据三维地震勘探资料和实际揭露情况，F24逆断层不仅跨度大，且断层内存在构造煤、裂隙水、软岩、泥流等，在吸取以往施工经验的基础上，确定了该巷道过F24逆断层的施工方案。
　　1.2.1 超前预注浆加固。巷道掘进期间，利用前探钻孔进一步探清构造情况，当巷道施工至预计断层面法距20m时，在巷道左右两帮各施工一个钻场，其规格为宽×高×深=5m×3m×3m，并施工超前预注浆钻孔4组共14个，钻头直径不小于94mm；开孔位置在拱基线以上、终孔位置在巷道轮廓线外2.5m，全程下钢制套管注水泥浆，进行超前加固巷道顶板。
　　①钻孔施工顺序：1-3#孔—4-6#孔—7-9#孔—10-14#孔，每组钻孔施工完毕及时注浆，并利用下一茬孔查看注浆效果。
　　②必须做到施工一个孔，套管下一个孔，固一个孔，防止垮孔。
　　③注浆选用大功率注浆泵，泵压不小于14MPa，注浆材料选用PO42.5普通硅酸盐水泥配合水玻璃，注浆液配比按照水：水泥重量比=1:（0.75～1），水玻璃掺入量按照水玻璃：水泥浆体积比=（0.4～1）：1。
　　1.2.2 小循环注浆掩护。巷道预注浆完成后，巷道继续向前施工，根据巷道揭露岩性变化情况，在法距断层面3m位置施工第一组顶板循环注浆钻孔，钻孔数不少于3个，深度为3m，钻头直径为32mm；开孔位置在巷道拱基线以上，终孔位置在巷道轮廓线上300～1000mm。
　　根据久米纳能够快速凝结加固岩体的特性，利用钻孔注久米纳对施工巷道前方顶板进行再次补充加固，注浆以浆液外露或压力达到16MPa保持2分钟以上为标准；钻孔掩护长度不大于3m，两循环一施工，确保巷道掘进期间顶板安全。
　　1.2.3 锚索网喷主动支护。在超前预注浆和小循环注浆的掩护下，巷道顶板得到较好地控制，巷道支护选用锚索网喷主动支护形式。
　　高强锚杆规格为Φ22×2400mm，间排距700×700mm，钢筋网规格为Φ6.5mm方格型钢筋网，网格为100×100mm，锚索规格为Φ22×6300mm，间排距为1400×1600mm，每排布置三根，配合T3钢带使用，喷射砼标号C20，喷厚200mm，锚索够一组施工一组，交叉迈步施工，顶板条件差时锚索紧跟迎头，确保一次支护到位。
　　1.2.4 二次注浆加固巷道，确保支护有效。对巷道受压情况进行观测，采用Φ22×6300mm中空注浆锚索（间排距为1600×2400mm，不少于3根/排）注浆对巷道围
　　岩进行二次加固，增加岩体主动承载能力，提高支护效果。
　　2 数值模拟分析
　　2.1 模型的建立 为了对比分析超前注浆与否对巷道稳定性的影响，采用离散元数值计算软件UDEC3.10进行计算。模型为矩形，整个模型宽50m，高50m。模型两侧限制水平方向移动，模型底边限制水平方向和垂直方向移动，模型上表面施加18.7MPa的载荷，用来模拟上覆岩体的自重边界，两侧施加1.2倍自重应力水平载荷。材料破坏遵循Mohr-Coulomb强度准则。工程岩体的物理力学参数见表1，节理力学参数见表2。
　　表1岩体力学参数
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　　表2岩体节理参数
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　　2.2 计算结果分析 巷道围岩位移计算结果见表3所示。
　　表3巷道围岩最大位移量
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　　由表1结合图3（a）塑性区分布图可以看出，过断层期间，仅采用锚杆锚索支护对巷道围岩控制效果很差，计算不收敛，锚杆、锚索间有块体掉落，底鼓严重，顶底板移近量为近2100mm，两帮移近量为1200mm，巷道空间基本被填实，巷道周边10m范围内均产生了塑性破坏；图3（b）为超前预注浆及小循环掩护注浆后，巷道围岩塑性区主要分布在底板6m，顶板2.5m范围内，较未注浆前显著减小，顶底板移近量约860mm左右，两帮230mm，巷道变形仍较大；图3（c）为锚梁网支护后，采用中空注浆锚索再次注浆，强化围岩，巷道塑性区范围进一步缩小，顶板2m，底板3m范围内产生了塑性区，巷道顶底板移近量约为220mm，两帮移近量约70mm，与后期观测结果一致。
　　3 实施效果
　　①掘进期间揭露情况表明，超前预注浆后，浆液扩散半径2.5m范围内岩体充填完整。
　　②巷道掘进过程未出现片帮、掉顶事故，巷道一次支护到位，顶帮有微量位移，局部地点有炸浆皮现象，总体支护效果达到预期目标。
　　③通过后期对巷道位移观测，巷道稳定性得到有效保证，极大提高了岩体的自身承载能力及抗变形能力，开挖成型巷道位移量及收敛速率显著减少，实现了一次成巷，后期未出现返修现象。
　　4 结论
　　①在探清地质构造情况下必须提前采取措施，超前长钻孔注浆可有效超前加固破碎带岩体，对后期主动支护打下基础。
　　②对局部地质构造不清楚或突然揭露构造带，利用循环注浆（化学材料）加固措施可有效实现短、平、快的控制特殊地质情况作用。
　　③特殊地质构造带由于其所处地质条件和地应力相对集中，巷道掘进后应力重新分布，为更好的巩固主动支护效果，必须进行二次注浆加固围岩，增加岩体自主承载能力。
　　④通过巷道实际揭露情况可以看出，超前预注浆对破碎围岩裂隙进行充填胶结，围岩裂隙减少，增加了围岩完整性，提高了巷道围岩稳定性。
　　参考文献：
　　[1]黄成光，于敦荣.公路隧道施工[M].北京:人民交通出版社， 2001.
　　[2]刘勇.断层破碎带中巷道注浆加固设计与实践[J].煤矿开采， 2012，6(17)：56-58.
　　[3]乔健.锚网索注联合支护在过断层破碎带中的应用[J].煤炭工程，2012(2)：22-26.
　　[4]刘泉声，张伟，卢兴利等.断层破碎带大断面巷道的安全监控与稳定性分析[J].岩石力学与工程学报，2010，10(29)：1955-1961.
　　[5]薛翊国，李术才，赵岩等.青岛胶州湾海底隧道F4-4含水断层注浆前后TSP探测分析[J].山东大学学报(工学版)，2009，2(39)：109-111.
　　[6]赵毅鑫，姜耀东，孟磊等.超前管棚注浆支护技术在极复杂断层带中的应用[J].采矿与安全工程学报，2013，2(30)：262-266.
　　[7]郝晓亮，孙增飞，陈大广.全长锚固注浆锚索在巷道过极易破碎大断层支护中的应用[J].煤炭工程，2010(6)：23-26.
　　[8]梁和平.锚注复合支护技术在巷道施工过大断层的应用[J].中国煤炭，2012，11(38)：34-36.
　　作者简介：
　　雷猛（1986-），男，贵州遵义人，助理工程师，本科，安徽淮南矿业集团潘三矿生产技术科，主要从事矿井设计工作。