劉志剛

(山西汾西礦業(yè)集團(tuán)曙光煤礦)

某井田為全隱蔽式煤田，煤系地層被第四系和侏羅系上統(tǒng)蒙陰組覆蓋，礦井煤層埋藏深度一般為700～1 200 m，目前，礦井采掘活動(dòng)位于-670～-1 050 m 水平。當(dāng)煤層埋深約1 000 m時(shí)，巷道礦壓顯現(xiàn)非常明顯[1-2]。該礦自投產(chǎn)以來(lái)，多處巷道受高地應(yīng)力影響產(chǎn)生了變形破壞，通過(guò)觀(guān)測(cè)已開(kāi)掘的西部運(yùn)輸巷道的圍巖移近量，可知掘進(jìn)過(guò)程中的最大變形速率達(dá)到25 mm/d，1個(gè)月內(nèi)最大底鼓量達(dá)到2 500 mm，兩幫移近率最高達(dá)30 mm/d，巷道總體表現(xiàn)出礦壓顯現(xiàn)明顯、流變性強(qiáng)及塑性變形大的特點(diǎn)[3-6]。該礦西部運(yùn)輸巷處于3上煤層底板巖層中，巖性為灰白色細(xì)粒砂巖，砂巖厚度為10 m，泥質(zhì)膠結(jié)，夾多層粉砂巖薄層，呈波狀層理，層節(jié)理發(fā)育，小塊狀結(jié)構(gòu)，易脫落，地應(yīng)力明顯。西部運(yùn)輸巷凈寬6 m，凈高3.0 m，首次支護(hù)采用錨網(wǎng)噴支護(hù)方式，隨開(kāi)采深度的增加及采動(dòng)的影響，巷道變形較嚴(yán)重，巷道經(jīng)過(guò)多次返修后，仍無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。本研究針對(duì)西部運(yùn)輸巷面臨的圍巖變形問(wèn)題，設(shè)計(jì)合理的支護(hù)方案，并確定有效的支護(hù)參數(shù)。

1 西部運(yùn)輸巷支護(hù)方案設(shè)計(jì)

1.1 巷道支護(hù)方式確定

西部運(yùn)輸巷屬于第5類(lèi)巷道，需要采用較高強(qiáng)度的支護(hù)形式，提高內(nèi)承載結(jié)構(gòu)的承載力[7-11]，因此，可選擇錨網(wǎng)索耦合支護(hù)配合噴射混凝土支護(hù)或錨網(wǎng)索支護(hù)+鋼帶+注漿支護(hù)方式。考慮到巷道服務(wù)年限比較長(zhǎng)，為防止巷道再次出現(xiàn)變形破壞，本研究選用錨網(wǎng)索+噴射混凝土+注漿支護(hù)方式。兩幫及底板注漿漿液選取水玻璃混凝土注漿材料，由于巷道頂板為泥巖，水玻璃混凝土注漿材料難以滲入，無(wú)法起到加固的作用[5]，故而選取樹(shù)脂材料馬麗散作為頂板注漿材料。

1.2 巷道支護(hù)參數(shù)確定

由于巷道變形嚴(yán)重，巷道閉合量大，無(wú)法達(dá)到使用要求，故需對(duì)巷道全段面進(jìn)行整修，對(duì)未破壞的原錨桿(索)進(jìn)行重新張拉加固。巷道整修后，兩幫和頂板較設(shè)計(jì)斷面外延500～700 mm(圖1)。

圖1 巷道修復(fù)示意(單位：mm)

巷道頂板支護(hù)錨桿選用規(guī)格為φ20 mm×2 400 mm 的20MnSi無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿托盤(pán)規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm(長(zhǎng)×寬×高)；采用2支MSCK2350樹(shù)脂錨固劑固定，間距為800 mm，排距為900 mm；錨索規(guī)格為φ21.6 mm×4 200 mm，采用3支MSCK2850樹(shù)脂錨固劑固定，錨索沿巷道順向布置，間排距為1 000 mm×1 000 mm；金屬網(wǎng)由φ6.5 mm鋼筋焊制而成，網(wǎng)孔規(guī)格為100 mm×100 mm，網(wǎng)片規(guī)格為1 500 mm×1 100 mm，搭接處鋼筋全部彎鉤連接，長(zhǎng)度不小于50 mm；噴層選用普通硅酸鹽水泥，石子粒徑為5～10 mm，噴射混凝土的強(qiáng)度等級(jí)C20，水灰比為0.48，速凝劑摻入量一般為水泥質(zhì)量的2.5%～4%，噴厚為100 mm。

巷道底板支護(hù)選用規(guī)格為φ20 mm×2 400 mm 的無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，間排距為1 000 mm×1 000 mm；同時(shí)鋪網(wǎng)噴漿，同樣選取普通硅酸鹽水泥。選用3根規(guī)格為φ17.8mm、長(zhǎng)12.5 m的鋼絞線(xiàn)作為組合錨索，每組錨索配合使用規(guī)格分別為400 mm×400 mm×16 mm(長(zhǎng)×寬×高)和200 mm×200 mm×12 mm(長(zhǎng)×寬×高)的鋼托盤(pán)各1塊，三孔索具1個(gè)，組合錨索布置如圖2所示。

圖2 組合錨索布置示意

巷道兩幫支護(hù)選用規(guī)格為φ20 mm×2 400 mm的無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，間排距為800 mm×800 mm，鋪網(wǎng)噴漿工藝流程與頂?shù)装逑嗤?/p>

本研究采用水泥-水玻璃雙液漿對(duì)巷道圍巖進(jìn)行淺部(孔深3 m)注漿，加固外部松動(dòng)巖體，而后進(jìn)行深部高壓水泥-水玻璃注漿。頂幫注漿孔分為淺孔與深孔，1排淺孔，1排深孔，每個(gè)斷面布設(shè)9個(gè)注漿孔，巷道兩幫各設(shè)置2個(gè)注漿孔，頂部設(shè)置5個(gè)注漿孔，排距3 m，孔距2 m，以頂板中心為起點(diǎn)向兩幫均勻布孔，淺孔孔深3 m，孔徑42 mm，深孔孔深6 m，孔徑28 mm。為加強(qiáng)頂板強(qiáng)度，防止頂板發(fā)生離層破壞，對(duì)頂板實(shí)施錨索注漿加固，深孔孔深6 m，孔徑28 mm，注漿孔布置參數(shù)與淺孔相同，頂板巖層為泥巖，注漿材料選用樹(shù)脂材料馬麗散。

2 巷道支護(hù)效果

巷道修復(fù)前，巷道初始的錨網(wǎng)噴支護(hù)基本上失去了支護(hù)作用，巷道兩幫移近量達(dá)到2 m；底鼓嚴(yán)重，底鼓量達(dá)到1.2 m；頂板出現(xiàn)了拉伸破壞，噴層開(kāi)裂，頂?shù)装逡平孔畲罂蛇_(dá)1.5 m。巷道重新支護(hù)后，巷道表面整體未出現(xiàn)破裂區(qū)，人工觀(guān)察難以發(fā)現(xiàn)巷道圍巖發(fā)生變形，底板未出現(xiàn)鼓起破壞。通過(guò)采用MC-200液壓式錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)計(jì)對(duì)支護(hù)后的巷道頂?shù)装寮皟蓭妥冃纬掷m(xù)進(jìn)行了170 d觀(guān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)巷道40 d之后變形基本趨于穩(wěn)定，巷道圍巖變形量較小，頂板平均最大移近量為55 mm，兩幫平均最大移近量為61 mm，支護(hù)效果良好。此外，巷道支護(hù)錨索受載情況觀(guān)測(cè)表明，錨索受力基本趨于穩(wěn)定，載荷保持穩(wěn)定，錨索最大載荷為179.6 kN，頂板錨索受載最大，頂板及兩幫錨索受力普遍大于底板組合錨索受力，所有錨索受力均未超過(guò)錨索的破斷力。

3 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)某礦西部運(yùn)輸巷首次支護(hù)后圍巖變形大的問(wèn)題，對(duì)二次支護(hù)方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)。實(shí)踐表明：方案實(shí)施后，頂板平均最大移近量為55 mm，兩幫平均最大移近量為61 mm，錨索最大載荷為179.6 kN，總體上，巷道圍巖變形量較小，錨索受力未超過(guò)其破壞強(qiáng)度，巷道整體支護(hù)效果良好。