商全根

（山東煤礦安全監(jiān)察局魯南監(jiān)察分局，山東 棗莊 277800）

隨著對能源需求量的增加和開采強度的不斷加大，淺部資源日益減少，國內外礦山都相繼進入深部開采狀態(tài)[1]，沖擊地壓與巷道圍巖大變形成為制約礦井安全生產的關鍵因素。只有同時具備內在條件、結構條件和應力條件這3個條件，才會發(fā)生沖擊地壓[2]。鉆孔卸壓技術是面臨沖擊威脅礦井廣泛采用的一種有效解危措施[3]。本文旨在統籌考慮鉆孔卸壓治理與巷道變形控制，發(fā)揮“卸壓-支護”協同治理作用。

1 概況

棗礦集團田陳煤礦六一采區(qū)主采3下煤，其彈性能指數為2.25，具有弱沖擊傾向性，煤層平均厚度6.0m，基本頂為平均厚117m的中砂巖，上覆平均厚度90.6m的礫巖層。3下6116軌道巷設計沿3下6116采空區(qū)布置，區(qū)段煤柱寬度4.5m。根據田陳煤礦以往開采經驗，沿空順槽變形量一般都要超過巷道斷面20%，3下6110沿空順槽兩幫位移最大達1.1m，頂底板移近量最大達0.6m。為了消除沖擊地壓危險，控制巷道變形，田陳煤礦開展了系列研究，優(yōu)化了卸壓鉆孔參數及巷道支護參數，并在3下6116沿空順槽成功應用。

2 理論分析

我國學者在巷道支護理論方面提出了新奧法支護理論、聯合支護理論、松動圈支護理論、圍巖強度強化理論等多種支護理論，目的都是為了保持巷道圍巖穩(wěn)定性。卸壓鉆孔防沖機制根據其施工時機的不同分為兩種，用于預卸壓時，其防治沖擊地壓的機制是改變煤體的物理性質和積聚能量的條件；而用于解危時，其防治沖擊地壓的機制是耗散煤體積聚的彈性能和增加阻抗力[4]。但是，卸壓鉆孔施工后，在應力作用下將逐漸塌孔，降低了巷道圍巖強度，將會促進塑性區(qū)擴展，破壞巷道支護效果。

為解決卸壓鉆孔與巷道支護之間的矛盾，筆者提出了“內圈強支、中圈卸壓、外圈承載”治理思路，即在巷道松動圈范圍內注漿加固，提高巷道圍巖強度，保證巷道支護具有足夠強度，中圈利用卸壓鉆孔改變煤體物理性質和積聚能量條件，將煤體應力向外圈轉移，由外圈承受載荷，并且在發(fā)生沖擊地壓時能夠作為主要吸能層保護內圈巷道穩(wěn)定性，其作用機理如圖1所示。

圖1 “卸壓-支護”協同治理作用機理

3 參數設計

根據強排煤粉防治沖擊地壓的機理，以“增變”為原則，確定鉆孔直徑和間距。設安全增變量為△ε，煤層厚度為h，煤體密度為ρ，則沿走向單位長度需布置的鉆孔數N應滿足

式中：

d-鉆孔直徑，取133mm；

k-增益系數，即單個鉆孔實際排粉質量m'與設計排粉質量m之比（m=ρπd2/4；m′=km），根據現場統計，預卸壓時k=1～1.5，解危時k=2～3；

△ε-安全增變量，取1.5‰。

則鉆孔間距D的計算公式為

根據式（2）計算，3下6116軌道巷卸壓鉆孔布置參數為：孔徑133mm，孔間距2m，孔深20m。

3下6116軌道巷頂部打設五棵高強度預應力錨桿，其間排距為900×900mm，鋪掛鋼筋網及鋼筋梯（W鋼帶），沿煤層頂板掘進段，頂板每隔四排錨桿在距巷道中心線兩側各900mm處的頂板上打設兩棵錨索，托頂煤掘進段，頂板每隔兩排錨桿在距巷道中心線兩側各900mm處的頂板上打設兩棵錨索；兩幫部各打設五棵高強預應力錨桿，掛鐵絲網配鋼筋梯，其間排距為900×900mm。頂板錨桿規(guī)格為Φ22×2400mm，幫部錨桿規(guī)格為Φ20×2400mm，W鋼帶規(guī)格為 4000×275×2.75mm，錨索規(guī)格為Φ17.8mm的鋼絞線，其長度以能錨入硬巖的深度不小于1.5m為準，兩幫鋼筋梯規(guī)格為3500×70mm，鋼筋網規(guī)格為4200×1070mm，幫部鐵絲網規(guī)格為6000×1200mm。

注漿錨桿采用黑鐵管制作，壁厚4mm，桿體上鉆有Φ6mm注漿孔，規(guī)格Φ20×2000mm注漿錨桿結構如圖2所示。

圖2 注漿錨桿示意圖

托頂煤段頂板及兩幫注漿錨桿規(guī)格Φ20×2000mm，封孔采用快硬水泥藥卷。注漿錨桿全斷面布置，頂板注漿錨桿間排距1200×1200mm，上幫注漿錨桿間排距為1300×1100mm，下幫注漿錨桿間排距為1100×1100mm，底角注漿錨桿下扎30～45°，排距1100mm。注漿水泥必須使用標號不低于425#水泥，制作水泥漿液水灰比，清水:水泥=1:1～0.7:1。

4 現場效果

根據礦壓觀測結果顯示（圖3），巷道兩幫最大位移量為100mm，頂底板最大位移量75mm，頂底板平均位移速率達到1.87mm/d，兩幫平均位移速率達到2.5mm/d；采用注漿加固方案巷道表面位移量顯著減少，平均移近量速率降低，表明巷道圍巖變形得到了明顯有效控制。巷道沒有明顯變化與破壞，同時根據應力監(jiān)測數據來看，也避免了高應力集中。巷道滿足回采使用的要求，保證礦井的安全生產。

圖3 巷道表面位移曲線圖

5 結論

（1）卸壓鉆孔在改變煤體的物理性質和積聚能量的條件的同時，將對巷道圍巖造成一定破壞，影響巷道支護效果。

（2）采用巷道圍巖注漿加固技術能夠大幅提高巷道圍巖強度，遏制巷道圍巖流變，提高巷道支護效果。

（3）“內圈強支、中圈卸壓、外圈承載”治理方法能夠充分發(fā)揮“卸壓-支護”協同治理作用，在預防沖擊地壓事故的同時，保證巷道圍巖穩(wěn)定性。