趙志彪

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán) 正令煤業(yè)，山西 孝義 032311）

1 礦井概述

山西汾西正令煤業(yè)有限責(zé)任公司為山西省煤炭資源整合礦井，井田面積5.8435km2，設(shè)計(jì)能力0.9 Mt／a。

礦井為立井開拓，主立井垂深683m，副立井垂深640 m，開采二疊系山西組2號(hào)煤層，開采標(biāo)高+460m～+220 m。礦井由于受地質(zhì)構(gòu)造等影響，造成井巷損壞變形，巷道頂板離層、噴層脫皮、兩幫收縮，特別是底臌現(xiàn)象特別嚴(yán)重，直接影響運(yùn)輸安全、行人安全及通風(fēng)斷面。

2 巷道底臌原因分析

1）井田為一向東南傾斜的單斜構(gòu)造，傾角一般為6°～14°，井田內(nèi)發(fā)育有3條斷層，分別為F1、F2、F3，其中F2、F3的斷距較大，總斷距高達(dá)300余米，造成井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造多，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖層穩(wěn)定性差。部分巷道呈尖頂狀擠壓說明巷道受橫向水平應(yīng)力大。

2）3條大巷均布置在2號(hào)煤層中，頂?shù)装鍨樯百|(zhì)泥巖、泥巖，圍巖的力學(xué)性能較差，巖體強(qiáng)度低。

3）埋深大，巖石重力場(chǎng)應(yīng)力大。主井落底埋深約為683m，采煤工作面埋深在680～840m，屬深部開采，采區(qū)工作面布置不合理，工作面之間凈煤柱留設(shè)為12m，造成巷道壓力大。

4）巷道水溝原采用混凝土預(yù)制，但由于底臌破壞，形成了自然水溝，水順巷道向下流動(dòng)，軟巖進(jìn)水后膨脹。有的地段底板表面根本看不到水，其實(shí)水流在底板巖層裂隙中流動(dòng)。巷道沖塵使浸水也導(dǎo)致軟巖膨脹。

底板有一層300mm 厚的鋁土頁(yè)巖，浸水后體積擴(kuò)大，并形成流體，向軟巖臌起的裂隙處蠕動(dòng)。

正令礦井下巷道變形后重復(fù)維修，特別是由于底臌在巷道下底后，原有的平衡應(yīng)力再次被打破，下底越頻繁，變形越快，使巷道圍巖的松動(dòng)圈越來越大，又進(jìn)一步加劇了錨桿松脫，錨索撅斷，導(dǎo)致頂板下沉、底臌、兩幫收縮，巷道多次返修，使得巷道愈修愈壞，形成了惡性循環(huán)。

3 底板控制技術(shù)嘗試

為解決圍巖支護(hù)技術(shù)難題，控制底臌現(xiàn)象的發(fā)生，正令煤業(yè)經(jīng)過多方考察、論證，并尋求科研單位支持，嘗試采用了“O”型封閉式支護(hù)和壁后注漿、底板加固、二次耦合支護(hù)措施。

1）在中央變電所采用錨網(wǎng)索噴及“O”型拱封閉式支護(hù)，試驗(yàn)段巷道長(zhǎng)60m。設(shè)計(jì)巷道斷面形狀為圓形，掘斷面24.6m2，凈斷面19.6m2。

（1）錨網(wǎng)索噴支護(hù)參數(shù)

巷道支護(hù)采用Φ20mm×2400mm 螺紋鋼錨桿，Φ17.8mm×6000 mm 鋼絞線錨索，錨桿間排距為800 mm×800mm，錨索間排距為1600mm×2400mm。

（2）O 型拱支護(hù)參數(shù)

O 型棚采用36號(hào)U 型鋼制作，每架由6節(jié)組成，其中底梁長(zhǎng)度為4475mm，其余5節(jié)梁長(zhǎng)均為2950mm。每節(jié)之間搭接長(zhǎng)度500mm，每個(gè)搭接處設(shè)4道卡纜，每節(jié)設(shè)一道拉桿，棚距為800mm（見圖1）。先將兩層鋼筋網(wǎng)錯(cuò)格搭接在O 型拱上，用構(gòu)木密背在鋼筋網(wǎng)上，再用棚板、道木打井字垛配合楔子與頂板、兩幫接嚴(yán)實(shí)、打緊，所有工序完成后噴漿50mm 封閉。

中央變電所60m 范圍“O”型拱支護(hù)于2011年9月6日開始，年底結(jié)束。實(shí)踐證明，錨網(wǎng)索噴+“O”型拱封閉式聯(lián)合支護(hù)對(duì)控制軟巖巷道底板變形有良好的效果，保持二年半后，中央變電所混凝土底板僅出現(xiàn)了輕微裂縫。

圖1 0型拱示意

2）在軌道大巷從中部車場(chǎng)至上部車場(chǎng)采取了壁后注漿、底板加固及二次耦合支護(hù)工藝。

修復(fù)此段巷道的施工工藝為：刷大斷面、錨網(wǎng)索噴支護(hù)、注漿。為了有效控制底臌，巷道底角及底板也進(jìn)行支護(hù)，并進(jìn)行注漿。底角錨桿、注漿孔從巷道的底角按45°傾角打入巖體，底板注漿孔垂直于底板布置。注漿完畢后，在巷道斷面采用錨桿進(jìn)行二次耦合補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

（1）支護(hù)工藝流程

巷道錨網(wǎng)索噴（1周后）→巷道兩幫及頂板注漿（3天后）→二次耦合支護(hù)（再次補(bǔ)打錨桿）→底板注漿。

（2）支護(hù)參數(shù)

支護(hù)參數(shù)包括錨網(wǎng)索噴支護(hù)參數(shù)和注漿支護(hù)參數(shù)。

①錨網(wǎng)索噴支護(hù)參數(shù)。巷道支護(hù)采用Φ20 mm×2400mm 螺紋鋼錨桿、Φ17.8mm×6000mm 鋼絞線錨索，錨桿間排距為800mm×800mm，錨索間排距為1600mm×2400mm，錨桿、錨索呈放射狀矩形布置于巷道頂幫。頂幫均鋪設(shè)Φ6mm×2000mm×1000mm 的鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)緊貼巖面布置在鐵托盤內(nèi)側(cè)，網(wǎng)格100mm×100mm，每根錨桿、錨索配套一支 MSK2355 型樹脂藥卷和一支MSCK2355型樹脂藥卷（快速藥卷在外部，超快速藥卷在內(nèi)部），全斷面噴射混凝土，噴漿厚度100mm（見圖2）。

圖2 巷道斷面支護(hù)

②注漿支護(hù)參數(shù)。施工時(shí)為了避開錨桿、錨索眼位，確保注漿孔間排距，噴漿前對(duì)注漿管進(jìn)行封孔，注漿孔的間排距為1600mm×2400mm。注漿孔呈矩形布置，每孔安設(shè)一個(gè)錨注管，錨注管規(guī)格：為Ф26.8 mm×3000 mm，每一斷面布置9個(gè)注漿孔（見圖3）。

圖3 注漿鉆孔布置

（3）施工工藝

①注漿管的埋設(shè)：注漿孔打到設(shè)計(jì)深度，注漿管用生麻纏繞，施壓下放入注漿孔內(nèi)，封孔采用硫鋁酸鹽膨脹水泥，待凝固后方可進(jìn)行注漿作業(yè)；②注漿壓力、材料、濃度的選擇：注漿終壓確定為2.5～3.0 MPa（依據(jù)是根據(jù)漿液擴(kuò)散半徑和壁厚承受能力）；注漿選用P·S 32.5普通礦用硅酸鹽水泥，水泥漿按0.8∶1 的水灰比配制；③注漿花管：由6′鋼管加工而成，長(zhǎng)3000mm，螺扣長(zhǎng)50mm。距螺扣1000mm 處加工為凹凸段，用來纏繞生麻封孔。注漿管上的花眼不少于15個(gè)，眼距300 mm，管末端焊接錐型尖頭（見圖4）；④底板打孔：使用ZQJJ-200／1.8型架柱式鉆機(jī)，采用Ф50mm 鉆桿、Ф70mm 鉆頭鉆底板孔。每根錨索采用一塊1800mm 長(zhǎng)的36＃U 型鋼，一塊規(guī)格為250 mm×250mm×10mm 的鋼板，一套鎖具，每孔安設(shè)一根3000mm 長(zhǎng)4分錨注管、一根Φ21.6mm×6300mm 錨索，錨注管孔口加絲外露地平50mm，封口段長(zhǎng)度1000mm，要求纏繞直徑與鉆眼直徑一致，將錨索和錨注管一起放入鉆眼內(nèi)，在鉆眼內(nèi)灌入水泥漿，完成封孔。封孔后待注漿作業(yè)完成后，然后上鐵板、U 型鋼、鎖具，將錨索鎖緊。

圖4 注漿管加工

從巷道表面位移觀測(cè)結(jié)果來看，采用錨網(wǎng)噴、注漿、二次耦合支護(hù)后改變了圍巖的物理力學(xué)性能，使巷道圍巖強(qiáng)度和支承能力得到了顯著的提高，減少了塑性變形，巷道變形量明顯降低，有效地控制了巷道圍巖的變形破壞。遺憾的是，一年半后，此段巷道又出現(xiàn)嚴(yán)重底臌，為滿足運(yùn)輸需要，重新拉底擴(kuò)修，在拉底擴(kuò)修時(shí)不得不去除了底板錨梁。

4 底板控制改進(jìn)思路

1）雖然“O”型拱封閉式支護(hù)成本高，每米維修費(fèi)用為3.24萬(wàn)元，掘進(jìn)速度慢，每月只有20m，但維修周期增加，由每年維修一次增加為5年小范圍維修。而采用原普通的錨網(wǎng)索噴支護(hù)，每年每米擴(kuò)修費(fèi)用1.22萬(wàn)元。經(jīng)過經(jīng)濟(jì)效益比較，“O”型拱封閉式支護(hù)是經(jīng)濟(jì)、安全、合理的，因此應(yīng)在3條大巷大面積推廣使用。

2）治底臌先治水。鑒于混凝土預(yù)制水溝容易底臌破壞，可采用PE管或水槽代替，沿巷道每隔一定距離挖一個(gè)集水井，用鋼筋混凝土預(yù)制，使附近的底板水流入井內(nèi)，通過濾網(wǎng)進(jìn)入水管或水槽。嚴(yán)格控制施工用水浸入底板。

3）加固巷道幫角支護(hù)。在頂、幫支護(hù)強(qiáng)度足夠的情況下，增加底角錨索，長(zhǎng)度6300mm，從巷道的底角按45°傾角打入巖體，增加頂、幫支護(hù)形成“硬殼”的受力底面積，減弱巷道角部應(yīng)力集中程度。

4）二次耦合支護(hù)由錨桿支護(hù)增長(zhǎng)為錨索支護(hù)，將錨索打在未破壞的穩(wěn)定巖層中，將頂、幫支護(hù)形成的“硬殼”懸吊到深部穩(wěn)定巖層，減少“硬殼”傳遞到底板上的壓力，從而減輕底臌的發(fā)生。

5）巷道一開挖就采用高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力錨桿，采用全長(zhǎng)錨固技術(shù)，減少圍巖松動(dòng)、變形，使圍巖的持續(xù)變形得到有效控制。

6）巷道設(shè)計(jì)要合理，留設(shè)巷道保安煤柱要合理，應(yīng)盡量采用大斷面，允許巷道有一定的變形量，大巷布置于不同層位，尋找穩(wěn)定堅(jiān)硬巖石層位布置巷道。

7）進(jìn)一步采用先進(jìn)的礦壓觀測(cè)手段進(jìn)行觀測(cè)，根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)條件，優(yōu)化注漿參數(shù)，降低巷道支護(hù)成本。

〔1〕何滿潮，孫曉明.中國(guó)煤礦軟巖巷道工程支護(hù)設(shè)計(jì)與施工指南.科學(xué)出版社，2004.

〔2〕王其勝.深部軟巖巷道礦壓特征與支護(hù)技術(shù)研究.中南大學(xué)，2008.