李 廷

（1.太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院， 山西 太原 030024； 2.山西朔州平魯區(qū)茂華東易煤業(yè)有限公司，山西 朔州 036000）

1 工程地質(zhì)條件

某礦-650軌道大巷為巖石巷道，巷道周邊圍巖主要為炭質(zhì)泥巖、花斑泥巖等遇水軟化崩解、長(zhǎng)時(shí)間蠕變體積膨脹軟巖。巷道頂板距離上覆13-1煤層底板10.7～14.2 m，巷道底板距離下伏11-2煤層頂板35.4～40.2 m。巷道所處區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，總體為單斜構(gòu)造，巖層走向142°，傾向243°，傾角1°～5°。-650軌道大巷為直墻半圓拱型巷道，巷高4.1 m，巷寬5.0 m，巷道凈斷面積20.08 m2，采用U36型棚架棚支護(hù)，棚間距700 mm，在巷道頂板中1 m處和巷道兩幫拱基線處設(shè)4道拉桿，最后對(duì)巷道進(jìn)行噴漿。

2 大巷變形破壞特征

-650軌道大巷距離一采區(qū)1112（1）工作面水平距離為180 m，法向距離為44 m，1112（1）工作面主要開采11-2煤，在距離該工作面運(yùn)輸順槽向西125m處軌道大巷內(nèi)設(shè)置礦壓觀測(cè)站，對(duì)巷道頂?shù)装寮皟蓭蛧鷰r變形進(jìn)行65 d的礦壓觀測(cè)，繪制如圖1所示變形曲線（橫坐標(biāo)正負(fù)表示位于工作面前方或后方）。受到1112（1）工作面回采動(dòng)壓影響，靠近工作面的回采側(cè)幫較非回采側(cè)幫變形量大，回采側(cè)幫變形量為81 mm，非回采側(cè)幫變形量為28 mm，兩幫累計(jì)移近量為109 mm；頂板下沉量為37 mm，底板鼓起量為437 mm，頂?shù)装逡平坷塾?jì)達(dá)474 mm。

受1112（1）工作面回采影響，巷道內(nèi)U型棚發(fā)生扭曲變形，圍巖破碎，尤其底鼓變形嚴(yán)重，需進(jìn)行人工臥底，而-650軌道大巷承擔(dān)著該水平行人及輔助運(yùn)輸?shù)娜蝿?wù)，巷道大量級(jí)的變形破壞嚴(yán)重制約著巷道的正常使用，給礦井安全生產(chǎn)帶來(lái)很大隱患。

圖1 軌道大巷圍巖變形曲線圖

3 巷外掘巷卸壓技術(shù)

對(duì)開采深度大、地應(yīng)力高的軟巖巷道，采用加強(qiáng)支護(hù)方式來(lái)維護(hù)巷道穩(wěn)定并不能起到良好的效果。通過(guò)卸壓巷道對(duì)原巷道進(jìn)行卸壓可解決該類型問(wèn)題。由于受到采動(dòng)應(yīng)力的影響，靠近采空區(qū)一側(cè)巷道圍巖會(huì)發(fā)生較大變形破壞[1]。若在巷道靠采空側(cè)煤柱中掘一條巷道，則將原煤柱分為一寬一窄兩個(gè)煤柱，寬煤柱靠近采空區(qū)，窄煤柱靠近巷道，由于卸壓巷道的存在，會(huì)使高應(yīng)力作用在寬煤柱上，而僅有少部分應(yīng)力作用于窄煤柱上，寬煤柱起到支撐作用，而窄煤柱起到讓壓作用，從而使巷道處于應(yīng)力降低區(qū)域。與此同時(shí)，卸壓巷道的存在可以緩沖寬煤柱的大變形，使巷道受到保護(hù)。大量的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在巷道外側(cè)開掘卸壓巷道可使巷道圍巖變形量減小70%～90%，巷道返修率低，圍巖處于可控狀態(tài)。

3.1 不同巷外掘巷數(shù)值模擬方案

根據(jù)-650軌道大巷所處圍巖地質(zhì)條件，建立數(shù)值模擬模型，固定模型前后、水平及底部位移邊界，上部邊界施加18 MPa的均布載荷以模擬覆巖重量，-650軌道大巷斷面尺寸按5 m×4 m（寬×高）選取，整個(gè)模型長(zhǎng)×寬×高為50 m×10 m×60 m，共劃分為65 228個(gè)單元和78 532個(gè)節(jié)點(diǎn)，本構(gòu)模型選取庫(kù)倫摩爾模型，圍巖物理力學(xué)參數(shù)按表1選取。

表1 圍巖物理力學(xué)參數(shù)表

掘巷卸壓可分為頂部卸壓、底部卸壓、側(cè)幫卸壓和側(cè)下角卸壓四種方法，通過(guò)卸壓巷道的開挖，使被保護(hù)巷道處于應(yīng)力降低區(qū)。針對(duì)-650軌道大巷圍巖地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)三種卸壓方案進(jìn)行數(shù)值模擬。

1）對(duì)巷道四角進(jìn)行卸壓，距離巷道頂?shù)装寮皟蓭退?、豎直方向各5 000 mm布置4條卸壓巷道，如圖2所示。

圖2 巷道四角卸壓示意圖（mm）

2）對(duì)巷道側(cè)幫進(jìn)行卸壓，距離巷道左右兩幫中點(diǎn)水平方向5 000 mm布置2條卸壓巷道，見圖3。

圖3 巷道兩幫卸壓示意圖（mm）

3）對(duì)巷道側(cè)下角進(jìn)行卸壓，距離巷道底板水平方向5 000 mm、豎直方向0mm布置2條卸壓巷道，如圖4所示。

卸壓巷巷道尺寸為3 000 mm×2 000 mm（寬×高），支護(hù)方式采用錨桿支護(hù)，巷道頂板布置3根錨桿，兩幫各布置2根錨桿，錨桿間排距均為1 000 mm×1 000 mm，均垂直于巖面布置，所用錨桿規(guī)格為Φ22-M24-2500 mm螺紋鋼錨桿，每根錨桿配合2支Z2350樹脂藥卷。

圖4 巷道側(cè)下角卸壓示意圖

3.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析

1）不同卸壓方法巷道頂?shù)装逦灰屏繉?duì)比分析。在無(wú)卸壓情況下，巷道采用U型棚支護(hù)頂板下沉量達(dá)164 mm，當(dāng)采用四角卸壓、側(cè)幫卸壓、側(cè)下角卸壓后頂板下沉量分別為115 mm、128 mm、141 mm，較無(wú)卸壓情況下，頂板下沉量減小29.8%、21.9%、14%。

2）不同卸壓方法巷道底板鼓起量對(duì)比分析。無(wú)卸壓情況下，巷道底板無(wú)支護(hù)，底鼓變形量可達(dá)到557 mm，嚴(yán)重影響巷道的使用。當(dāng)采用四角卸壓、側(cè)幫卸壓、側(cè)下角卸壓后底板鼓起量分別為282 mm、476 mm、298 mm，較無(wú)卸壓情況下，底板鼓起量減小49.3%、14.5%、46.5%。

3）不同卸壓方法巷道兩幫移近量對(duì)比分析。無(wú)卸壓情況下兩幫移近量為249 mm，當(dāng)采用側(cè)幫卸壓方案兩幫移近量最小為105 mm，采用四角卸壓和側(cè)下角卸壓兩幫移近量分別為132 mm和159 mm。

綜上所述采用側(cè)幫卸壓方案，兩幫移近量最小，但頂?shù)装逦灰屏枯^大，采用四角卸壓方案較側(cè)下角卸壓方案圍巖變形量更小，但卸壓巷道需要4條，因此在考慮卸壓效果和經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，選擇側(cè)下角卸壓方案[2-3]。

4 -650軌道大巷二次支護(hù)方案

對(duì)-650軌道大巷進(jìn)行側(cè)下角卸壓后，還需對(duì)巷道選擇適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)方式進(jìn)行二次支護(hù)，針對(duì)軟巖巷道圍巖變形大問(wèn)題，采取錨注支護(hù)可增強(qiáng)圍巖的承載能力，控制軟巖巷道緩慢蠕變變形。

1）頂板及兩幫錨索梁支護(hù)：在巷道頂板起拱線上方每2排U型棚間交錯(cuò)布置3道錨索梁，每道錨索梁由2根Φ21.8 mm×L6 300 mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索配合長(zhǎng)1 600 mm、孔間距900 mm的鋼筋梯子梁組成，錨索間排距為1 100 mm×900 mm，每根錨索配合3支Z2350中速樹脂錨固劑，托盤規(guī)格為140 mm×100 mm×50 mm鋼板；巷道兩幫在距離底板300 mm和600 mm處每3排U型棚間交錯(cuò)布置一道錨索梁，錨索梁參數(shù)同頂板。

2）底板錨索注漿加固：巷道人工臥底300 mm后，在巷道底板“三二三”五花布置Φ21.8mm×L6 300 mm底板預(yù)預(yù)應(yīng)力錨索，靠近巷幫底角錨索與豎直方向呈20°布置，中部錨索垂直于巷道底板布置，底板錨索間排距為2 000 mm×1 400 mm；在每2根錨索中間布置一個(gè)注漿孔，注漿孔長(zhǎng)度為1 400 mm，孔外徑為20 mm，壁厚1.8 mm，注漿材料選擇新型水泥漿液，水灰質(zhì)量比為0.5，7 d強(qiáng)度為62.1 MPa，28 d強(qiáng)度為78.4 MPa，漿液析水率低、可灌性能好、黏結(jié)強(qiáng)度高、施工簡(jiǎn)單方便。

3）巷道表面噴漿：支護(hù)完成后對(duì)巷道表面進(jìn)行噴漿處理，噴層厚度80～100 mm。通過(guò)對(duì)-650軌道巷長(zhǎng)期觀察，在巷道側(cè)下角進(jìn)行卸壓并采用錨注支護(hù)方式后，巷道圍巖應(yīng)力集中程度降低，圍巖蠕變現(xiàn)象得到控制，巷道頂?shù)装寮皟蓭鸵平靠刂圃?00～240 mm和60～100 mm附近，圍巖變形得到有效控制，能夠維護(hù)巷道長(zhǎng)期穩(wěn)定。

5 結(jié)論

1）-650軌道巷圍巖變形主要由圍巖應(yīng)力復(fù)雜、支護(hù)結(jié)構(gòu)不合理、圍巖物理力學(xué)性質(zhì)及周邊工作面回采引起的。

2）通過(guò)對(duì)三種卸壓方案數(shù)值模擬可知，采用側(cè)下角卸壓可取得最優(yōu)技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效果，卸壓后采區(qū)錨注二次支護(hù)方式可有效控制圍巖變形，使巷道處于長(zhǎng)期穩(wěn)定狀態(tài)[4]。

[1] 張廣超，何富連.深井高應(yīng)力軟巖巷道圍巖變形破壞機(jī)制及控制[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2015，32（4）：571-577.

[2] 何富連，張廣超.深部破碎軟巖巷道圍巖穩(wěn)定性分析及控制[J].巖土力學(xué)，2015，36（5）：1 397-1 406.

[3] 余偉健，王衛(wèi)軍，黃文忠，等.高應(yīng)力軟巖巷道變形與破壞機(jī)制及返修控制技術(shù)[J].煤炭學(xué)報(bào)，2014，39（4）：614-623.

[4] 牛雙建，靖洪文，張忠宇，等.深部軟巖巷道圍巖穩(wěn)定控制技術(shù)研究及應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào)，2011，36（6）：914-919.