劉鵬程

(西山煤電(集團)有限責任公司 西曲礦， 山西 古交 030200)

1 工程概況

山西西山煤電股份有限公司西曲礦12315工作面井上位于原南坪村北部、西黃坡茆東部，蓋山厚度174～226 m. 工作面井下位于南三盤區(qū)中西部，南部為正在回采的12316工作面，北部為22101、22102工作面采空區(qū)，西北部為12306工作面采空區(qū)，工作面沿2.3#煤層施工，該處2.3#煤厚度穩(wěn)定，4.12～4.75 m，平均4.43 m，煤層整體傾向西南，傾角2°～7°，一般為4°. 2.3#煤結(jié)構(gòu)復雜，下部普遍含有一層炭質(zhì)頁巖夾石，夾石厚度變化不大。2.3#煤直接頂為1.30 m的砂質(zhì)泥巖，直接底為1.6 m的泥巖。其中，頂板砂質(zhì)泥巖抗壓強度為56.46 MPa，軟化系數(shù)為0.94，普氏硬度系數(shù)5.77，抗拉強度12.05 MPa，底板泥巖抗壓強度為49.97 MPa，軟化系數(shù)為0.74，普氏硬度系數(shù)5.09，抗拉強度8.40 MPa. 12315工作面開切眼長度為230 m，推進長度為2 550 m，采用綜合機械法一次采全高，12315工作面共布置兩條回采巷道(運輸巷和軌道巷)，12315運輸巷成巷后，巷道圍巖變形量較大，為確保工作面的安全正?；夭桑璨扇∵m當?shù)拇胧┍ＷC其服務期間圍巖的穩(wěn)定性。

2 12315運輸巷支護現(xiàn)狀

2.1 原支護方案

12315運輸巷服務于12315工作面，用于運煤和進風，掘進斷面為寬5 700 mm×高3 650 mm，巷道沿2.3#煤層底板掘進，巷道采用錨桿+鋼帶+錨索支護，頂板和兩幫錨桿采用d20 mm×2 600 mm 高強預應力錨桿，間排距為700 mm×700 mm，頂錨桿為矩形布置，每排打設(shè)8根。幫錨桿每排五根，第一排幫錨桿距頂板為350 mm. 頂板錨索采用d21.6 mm長8.8 m的鋼絞線，錨索間排距為1 400 mm×2 100 m.鋼帶長5.1 m，寬0.28 m，厚3 mm. 頂錨桿采用全長錨固，注頂錨桿時先注入兩支MSZ23/25樹脂藥卷，再注入一支MSK23/25樹脂藥卷。每根錨索采用三根 MSZ23/80 型樹脂錨固劑。頂板和兩幫采用菱形金屬網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸為100 mm×100 mm. 12315運輸巷掘進期間，永久支護斷面見圖1.

圖1 12315運輸巷原支護方案圖

2.2 圍巖變形特征

12315運輸巷掘巷成功后，在臨近12316工作面采動影響下，出現(xiàn)了明顯的失穩(wěn)變形現(xiàn)象。為了解巷道圍巖變形的具體情況，在12315運輸巷內(nèi)布置綜合測站[1-2]，對 12315 運輸巷表面位移進行監(jiān)測，測站的布置見圖2a)，由于篇幅所限，僅將典型的監(jiān)測結(jié)果給出。圖2b)為10#測站的監(jiān)測結(jié)果，橫軸為與12316工作面的距離，正值表示此時測點在12316工作面前方，負值表示工作面已推過相應位置。由圖2b)所示結(jié)果可以看出，在未受采動影響時(工作面前方275～134 m)，巷道圍巖變形量很?。还ぷ髅嫱七M至距測點30 m左右時，超前支承壓力作用下巷道圍巖開始變形，且變形速度逐漸加快。由此可知，采動影響是巷道變形的主要因素，最終監(jiān)測到巷道頂板的相對移近量遠大于兩幫的移近量，圍巖變形的主要形式是頂板下沉和底板底鼓。圖2c)為測點5監(jiān)測結(jié)果，臨近的12316工作面推過測點約119 m以后，12315運輸巷仍在變形，頂?shù)装搴蛢蓭蛧鷰r的變形基本同步進行，圍巖變形形式以底鼓為主，圍巖的持續(xù)變形約持續(xù)了3個月，最終頂板下沉量約400 mm，底板底鼓量約1 000 mm，兩幫移近量約 300 mm，巷道底鼓量明顯大于其頂板和兩幫的變形量。綜上可知，受到臨近12316工作面采動影響時，12315運輸巷主要變形形式為頂板下沉和底鼓，工作面推進過后，巷道主要變形形式為底板底鼓。

結(jié)合礦壓監(jiān)測結(jié)果和現(xiàn)場調(diào)研可知，12315運輸巷圍巖變形主要表現(xiàn)為以下特征：1) 受采動影響劇烈，臨近工作面采動影響下，巷道破壞形式以頂板變形為主，距切眼140～1 500 m，頂板錨桿斷裂數(shù)達185根。2) 巷幫剪切破壞嚴重，頂板下沉作用下，頂板處破壞深度最大，由上而下逐步減緩，煤幫剪切破壞后產(chǎn)生片幫并向巷道內(nèi)移動。3) 底板遇水膨脹，在臨近工作面推進過后，巷道破壞形式以底鼓為主，頂板淋水嚴重的區(qū)域，巷道頂板變形越為嚴重，底鼓量最大達1 500 mm.

3 支護方案優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)以上研究分析可知，12315運輸巷變形可分為兩個階段，采動影響下變形以頂板下沉為主，采動結(jié)束后，變形以頂板淋水嚴重，底板遇水膨脹底鼓為主。12315工作面回采期間，12315運輸巷將面臨同樣的支護問題，為保障其服務期內(nèi)的安全使用，需對12315運輸巷返修的支護方案進行優(yōu)化，基于上述研究，設(shè)計采用“強頂強底”的支護理念[3-4]. 具體支護方案：頂板和兩幫錨桿桿體采用型號為d22 mm×2 500 mm的 HRB335 鋼筋，每根錨桿采用MSZ23/60型和MSK23/60型樹脂錨固劑各1支，安裝時扭矩不小于240 N·m，錨固劑與巖體的錨固力不小于110 kN，錨桿配套尺寸為 150 mm×150 mm×8 mm的Q235鋼制托盤，頂板錨桿配套使用規(guī)格為BHW-280-3.0-5.1的W型鋼帶，頂網(wǎng)采用由d6 mm 的 Q235 鋼筋焊制的鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格規(guī)格為100 mm×100 mm，兩幫采用塑鋼網(wǎng)，搭接寬度為100 mm. 頂板采用規(guī)格為d21.6 mm×8 800 mm的鋼絞線，間排距為1 200 mm×700 mm，托盤采用 300 mm×300 mm×16 mm 碟形鋼板，每根錨索采用3支MSZ23/60 和1支 MSK23/60 樹脂錨固劑，所有錨索垂直頂板施工，錨固力不小于300 kN，并增加錨索托梁，托梁由16#槽鋼制成，兩孔間距為1.2 m，托梁總長度為1.8 m. 為避免底板遇水膨脹，增加底板隔水措施，巷道斷面擴刷后，在底板鋪設(shè)一層厚為 50 mm 的生石灰粉，然后再在底板和排水溝內(nèi)鋪設(shè)厚 100 mm 的C30混凝土，并添加防水劑。12315運輸巷優(yōu)化后的支護方案見圖3.

圖3 12315運輸巷返修支護圖

4 12315運輸巷圍巖控制效果考察

采用上述支護方案對12315運輸巷進行了返修和加固，為考察其支護效果，在12315工作面回采期間，超前工作面適當距離布置測站，對巷道的頂板離層量和表面位移進行監(jiān)測，頂板離層儀布置在巷道中部，采用LBY-3離層儀，深部基點在頂板向上9 m處，淺部基點在2.3 m處，整理得到的監(jiān)測結(jié)果見圖4a)，測點距工作面30 m以外時，深部基點離層量維持在4 mm左右，淺部基點離層量維持在2.5 mm左右，頂板離層量很小，可以說明，無采動影響時，頂板穩(wěn)定性良好。當與工作面距離在30 m范圍內(nèi)并逐漸縮小時，頂板離層量迅速增大并逐漸趨于平穩(wěn)；當工作面回采至測點附近時，深部最大離層量約為33 mm，淺部約為24 mm，離層量仍然很小，能夠滿足工作面安全正常生產(chǎn)的要求。巷道圍巖位移量監(jiān)測結(jié)果見圖4b)，超前工作面60 m以上時，巷道兩幫移近量和頂板下沉量基本為零，僅巷道底板出現(xiàn)輕微的底鼓，再次說明無采動影響時，巷道圍巖穩(wěn)定性良好；距工作面距離小于30 m時，巷道圍巖的變形速度均顯著增大；而當工作面回采至測點后，圍巖的變形速率趨近于零，最終最大底鼓量為208 mm，頂板下沉量為60 mm，兩幫移近量為73 mm，能夠滿足工作面正常安全生產(chǎn)的需求。

圖4 巷道礦壓顯現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)圖

5 結(jié)論和建議

西曲礦12315運輸巷成巷后圍巖出現(xiàn)了明顯的失穩(wěn)破壞現(xiàn)象，通過現(xiàn)場實地觀測得知，12315運輸巷變形可分為兩個階段：1) 臨近工作面回采動壓影響下，圍巖的破壞形式以頂板下沉為主。2) 采動結(jié)束后，頂板淋水嚴重，圍巖變形以底板遇水膨脹底鼓為主。為保證12315運輸巷服務期間的圍巖穩(wěn)定，根據(jù)其圍巖變形特征，提出“強頂強底”的支護理念，采用增加頂板錨索數(shù)量和底板隔水的措施，通過現(xiàn)場應用及礦壓觀測得出，頂板離層量和圍巖位移量均在合理范圍內(nèi)，能夠滿足工作面正常生產(chǎn)的斷面需求，取得了良好的支護效果。