賀淼鑫

（晉城煤業(yè)集團寺河礦二號井，山西 晉城 048000）

回采巷道穩(wěn)定性嚴(yán)重影響著煤炭的安全回采和回采效率。寺河礦二號井15號煤三盤區(qū)是新開拓的盤區(qū)，盤區(qū)地應(yīng)力情況不清晰，同時考慮到15號煤層巷道受到3號、9號煤層開采引起的動壓和煤柱集中應(yīng)力等因素影響，其應(yīng)力影響因素比較復(fù)雜。針對15號煤三盤區(qū)煤層進(jìn)行圍巖地質(zhì)力學(xué)性質(zhì)測試和地應(yīng)力測量，避免盲目參照經(jīng)驗確定支護設(shè)計，對實現(xiàn)巷道快速、安全、經(jīng)濟掘進(jìn)和礦井的安全生產(chǎn)意義重大。

1 工程概況

寺河二號井153301工作面開采15號煤，煤層平均傾角5°，煤厚2.29m，埋深329～419m，煤層總體為一向西的單斜構(gòu)造。直接頂為K2石灰?guī)r，平均9.8m，局部有鈣質(zhì)泥巖或炭質(zhì)泥巖偽頂，易垮落；直接底為鋁質(zhì)泥巖，平均厚度約為4m，屬于松軟性。工作面采用“一面兩巷”布置，其中153201巷為進(jìn)風(fēng)膠帶巷，斷面尺寸5.6m×2.6m；153202巷為回風(fēng)巷，作為輔助運輸巷，斷面尺寸為5.6m×2.6m。工作面布置圖見圖1。

圖1 工作面布置圖

2 支護方案設(shè)計

2.1 巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)參數(shù)原位測試

為對153301工作面及鄰近區(qū)域地質(zhì)力學(xué)情況進(jìn)行全面、真實了解，研究出適合15號煤層工作面順槽的支護形式和參數(shù)，避免盲目參照原有支護設(shè)計，提高巷道支護穩(wěn)定性、經(jīng)濟性、合理性，在15號煤三盤區(qū)已掘巷道中布置測點進(jìn)行地應(yīng)力測量、巷道圍巖測試和圍巖結(jié)構(gòu)觀測等原位地質(zhì)力學(xué)測試。測點的選擇應(yīng)避開構(gòu)造帶和巷道群。

2.1.1 地應(yīng)力測試

通過地應(yīng)力測試，能夠得到巷道圍巖的主應(yīng)力方向，從而掌握巷道側(cè)向和垂直方向應(yīng)力的大小，以此來判別巷道圍巖的變形破壞形態(tài)。根據(jù)地應(yīng)力測試結(jié)果，能夠有針對性地對巷道主應(yīng)力方向的圍巖變形破壞進(jìn)行加強支護設(shè)計。水壓致裂法和其他方法相比，具有簡單、方便、直接的特點，作為本次地應(yīng)力測試方法。

現(xiàn)場地應(yīng)力測試結(jié)果表明，一五三盤區(qū)測試區(qū)域地應(yīng)力場在量值上屬于低值應(yīng)力區(qū)，具體測試結(jié)果見表1。整體來看，測試區(qū)域最大水平主應(yīng)力量值由東南至西北方向呈減小趨勢，構(gòu)造應(yīng)力占優(yōu)勢，最大主應(yīng)力方向為水平方向。這表明水平主應(yīng)力主要對本煤層巷道頂?shù)装宓挠绊戄^大，而對兩幫影響較小。

表1 地應(yīng)力測試結(jié)果

2.1.2 巷道圍巖強度原位測試

巖石力學(xué)參數(shù)試驗選用的試樣大都是在現(xiàn)場選取的破碎塊體加工制成，其試塊內(nèi)部較為完整，基本不含有弱面。但在實際現(xiàn)場中，圍巖大多存在結(jié)構(gòu)面，因此在試驗過程中，得到的巖石力學(xué)參數(shù)均優(yōu)于現(xiàn)場，缺乏真實性，對工程設(shè)計缺乏參考性。因此，有必要對巷道圍巖強度進(jìn)行原位測試。本次巷道圍巖原位強度測試選用鉆孔觸探法。

測試結(jié)果表明：測試區(qū)域頂板以上10m范圍內(nèi)巖層以石灰?guī)r和細(xì)砂巖為主，巖層致密堅硬，完整性普遍較好。經(jīng)計算，石灰?guī)r巖層強度平均值為109.65MPa，細(xì)砂巖巖層強度平均值為51.01MPa。第一測點頂板石灰?guī)r巖層中存在砂質(zhì)泥巖夾層，夾層橫向裂隙發(fā)育，強度較低，對巖層的整體強度有較大影響，對巷道支護設(shè)計和施工的過程提供施工參考依據(jù)。

2.1.3 巷道圍巖結(jié)構(gòu)觀測

巷道圍巖體內(nèi)部為一個密閉空間，在施工過程中只能看到其圍巖表面狀況。但巷道圍巖由于受到深部應(yīng)力的影響，其內(nèi)部可能會出現(xiàn)圍巖破碎、較大裂隙的現(xiàn)象。在錨桿、錨索錨固的過程中，如若錨固端頭在圍巖體裂隙破碎區(qū)域，實質(zhì)上起不到任何錨固效果。因此，有必要對巷道內(nèi)部整體性進(jìn)行觀測，為支護設(shè)計參數(shù)選擇提供依據(jù)。本次巷道圍巖結(jié)構(gòu)觀測選用礦用全景電子窺視儀進(jìn)行觀察。

頂板圍巖結(jié)構(gòu)觀測結(jié)果表明：綜合測試結(jié)果，測試區(qū)域15號煤頂板與錨桿支護直接相關(guān)的巖層為石灰?guī)r，厚度在9～10.5m之間，致密堅硬，巖層完整性普遍較好，僅局部存在原生微裂隙和厚度在0.5m左右的薄夾層。單從巖層分布情況來看，巷道頂板圍巖條件較好，厚層完整的石灰?guī)r以及以上的細(xì)砂巖能形成穩(wěn)定的、承載能力較強的承載結(jié)構(gòu)，有利于巷道的維護和長期穩(wěn)定。

2.2 支護方案設(shè)計

結(jié)合以上地質(zhì)力學(xué)參數(shù)原位測試結(jié)果，選擇錨桿錨索聯(lián)合支護進(jìn)行設(shè)計。具體布置見圖2。

2.2.1 頂板支護參數(shù)

錨桿每排4根，排距為1600mm，間距1400mm，所有錨桿均垂直頂板打設(shè)，靠近巷幫的頂錨桿允許有10°的偏差，距幫700mm。采用一支MSK2335和一支MSZ2360樹脂錨固劑加長錨固，鉆頭直徑為Ф28mm，錨固長度為1308mm，錨固力不低于100kN。鋼筋托梁采用直徑為Ф12mm圓鋼焊接而成，規(guī)格為4300×100mm。每4排錨桿沿垂直頂板巖層方向打設(shè)打一根錨索，排距6400mm，采用一支MSK2335和兩支MSZ2360樹脂錨固劑加長錨固，鉆頭直徑為Ф28mm，錨固長度為1486mm。

2.2.2 巷幫支護參數(shù)

每幫每排2根錨桿，排距1600mm，間距1400mm，起錨高度為700mm。所有錨桿均垂直巷幫打設(shè)，靠近頂板的幫錨桿允許有10°的偏差。采用一支MSZ2360樹脂錨固劑加長錨固，鉆頭直徑為Ф28mm，錨固長度826mm。采用經(jīng)緯網(wǎng)護幫，尺寸為1200mm×4600mm，網(wǎng)孔規(guī)格50mm×50mm，用雙股16#綁絲相連。

圖2 153301工作面回采巷道支護設(shè)計示意圖

3 支護效果監(jiān)測

在工作面回采期間，對支護圍巖控制效果進(jìn)行了監(jiān)測，在153201巷及153202巷布置巷道圍巖表面位移測站，監(jiān)測結(jié)果曲線如圖3所示。

153201巷測站巷道服務(wù)期間頂?shù)装逡平孔畲鬄?18mm，其中頂板下沉量為40mm，遠(yuǎn)小于巷道底板鼓起量178mm。兩幫移近量最大為157mm。巷道表面變形速度在第10周之后明顯降低。153202巷測站頂?shù)装逡平孔畲鬄?23mm，其中頂板下沉量為28mm，遠(yuǎn)小于底板鼓起量為195mm。兩幫移近量最大為241mm，巷道表面變形速度初期短時間內(nèi)較大，在第12周速率得到明顯減緩。從兩條巷道圍巖變形曲線可以看出，變形在初期明顯，后期巷道變形逐漸穩(wěn)定，巷道總體變形較小，對工作面正常生產(chǎn)無影響，表明該支護方式和參數(shù)設(shè)計合理，能夠有效控制巷道圍巖變形。

圖3 巷道變形量監(jiān)測曲線

4 結(jié)論

（1）通過對15號煤層地質(zhì)力學(xué)原位測試，對本煤層的主應(yīng)力方向、圍巖強度和結(jié)構(gòu)等有了全面了解，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了本煤層回采巷道支護方式和支護參數(shù)的合理設(shè)計。

（2）在巷道服務(wù)期間對其進(jìn)行巷道表面位移監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果表明：153201皮帶巷頂?shù)装逡平孔畲鬄?18mm，兩幫移近量最大為157mm；153202軌道巷頂?shù)装逡平孔畲鬄?23mm，兩幫移近量最大為241mm。巷道圍巖總體變形不大，巷道支護方式和支護參數(shù)比較合理，能夠滿足巷道的后期使用。