（霍州煤電集團(tuán)汾源煤業(yè)公司，山西 霍州 035100）

1 工程概況

汾源煤業(yè)公司5-102綜放工作面回采煤層整體為單斜構(gòu)造，煤層起伏變化較小，煤層平均厚5.3m，傾角23°～27°，構(gòu)造情況簡(jiǎn)單，含有夾矸。煤層頂?shù)装鍘r性見(jiàn)表1。5-102回風(fēng)巷總設(shè)計(jì)長(zhǎng)度780m，巷道斷面為矩形，凈高×凈寬=2.9 m×4.2m，原支護(hù)采取錨桿支護(hù)配合W型鋼帶連接，頂板采用Φ16 mm×2000 mm的螺紋鋼錨桿，錨桿間距設(shè)置為1000 mm，每排間隔1500 mm，無(wú)錨索；巷幫采用同種規(guī)格錨桿，相同間排距，每排布置3根。

掘進(jìn)工作已經(jīng)完成340m時(shí)，對(duì)巷道穩(wěn)定后圍巖變形量進(jìn)行初步測(cè)量，測(cè)得巷道頂板下沉量在300～400 mm左右，巷道整體產(chǎn)生較為嚴(yán)重的變形，底臌現(xiàn)象明顯，巷道兩幫移近量達(dá)到400 mm以上。為此，必須通過(guò)查找巷道圍巖變形量大的原因，采用新的支護(hù)方式，以確保回采時(shí)巷道可正常使用。

表1 頂?shù)装鍘r性

2 巷道圍巖破壞分析

2.1 巷道頂板

當(dāng)巷道掘進(jìn)至340m時(shí)，原支護(hù)巷道頂板發(fā)生嚴(yán)重變形，破裂，頂板巖層鉆窺視見(jiàn)圖1。

圖1 巷道頂板巖層明顯裂隙

從圖中可以看出，煤層間有嚴(yán)重裂隙，甚至出現(xiàn)煤與煤，煤與巖層的分離現(xiàn)象，很可能造成頂板塌落。經(jīng)分析，主要原因有：煤層上覆巖層較厚，但巖層巖性差異性較大，直接頂主要為泥巖，強(qiáng)度低；老頂巖層主要為砂巖，強(qiáng)度較高。圍巖在礦壓作用下，由于井下潮濕環(huán)境的影響，使得巖層不斷發(fā)生分化潮解，導(dǎo)致頂板巖層的原生縫隙變大，同時(shí)由于巷道掘進(jìn)作業(yè)，掘進(jìn)機(jī)的工作使得頂板錨桿與巖層之間縫隙變大，巖層不斷發(fā)生破裂，大量巖層碎片掉落；在原有支護(hù)下，頂板巖層與錨桿之間巖石會(huì)發(fā)生破碎[1]，使得錨桿與頂板之間產(chǎn)生縫隙，導(dǎo)致頂板錨桿錨固作用失效；另外，原方案沒(méi)有考慮該巷道現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際巖性與環(huán)境的影響，錨桿的錨固力不足，也是造成頂板巖層出現(xiàn)離層冒頂?shù)闹饕颉?/p>

2.2 巷道底板

現(xiàn)場(chǎng)巷道底鼓嚴(yán)重，對(duì)生產(chǎn)運(yùn)輸都造成了極大的影響，見(jiàn)圖2。

圖2 巷道底臌嚴(yán)重

造成底臌的重要原因是因?yàn)橄锏乐苯拥诪槟鄮r，主要為高嶺石。在巷道掘進(jìn)期間，底板巖層會(huì)由于礦井水等影響，發(fā)生軟化，體積膨脹，使得底板產(chǎn)生鼓起；同時(shí)在掘進(jìn)機(jī)的影響下，底板巖層會(huì)加快破碎，產(chǎn)生大量的泥狀物，不斷堆積，也是造成底板鼓起的主要原因之一。

通過(guò)對(duì)5-102掘進(jìn)巷道圍巖破壞情況分析，認(rèn)為造成巷道變形的主要原因是頂板圍巖軟弱，受掘進(jìn)影響，產(chǎn)生破裂形變；底板圍巖遇水膨脹，造成底板鼓起?；谏鲜鲈?，原支護(hù)方案需要進(jìn)一步優(yōu)化，才能使巷道滿足正常生產(chǎn)要求。

3 支護(hù)優(yōu)化

3.1 加密錨桿

在工作面煤層內(nèi)部含有一層以泥巖為主的夾矸，受通風(fēng)及潮濕環(huán)境的影響，極易發(fā)生破裂，造成煤層內(nèi)部出現(xiàn)離層，破碎。因此針對(duì)煤層的夾矸現(xiàn)象，新支護(hù)方案采用“高強(qiáng)度錨桿+錨索+兩幫底角錨桿+兩底板錨桿”。即在巷道頂板增加兩根錨索，加大對(duì)頂板巖層的錨固作用，錨索長(zhǎng)度選取為8000 mm，使其可以貫通在煤層上部堅(jiān)硬的巖層中，達(dá)到掘進(jìn)巷的有效支護(hù)；錨桿選用規(guī)格為Φ16 mm×2000 mm的樹(shù)脂錨桿，間排距為1000 mm×800 mm，每排布置6根，施加30 kN 預(yù)緊力。同時(shí)在夾矸突出的局部區(qū)域添加木板并實(shí)施掛網(wǎng)，金屬網(wǎng)采用15 mm×15 mm的菱形金屬網(wǎng)，阻止煤層內(nèi)夾矸出現(xiàn)大量擠出情況[3]，影響正常施工作業(yè)。

3.2 噴漿護(hù)巷

針對(duì)5號(hào)煤層的頂板質(zhì)軟，受風(fēng)化易潮解及吸水易膨脹等特點(diǎn)，決定對(duì)巷道表面進(jìn)行噴漿處理，采用隨掘隨噴作業(yè)。

在進(jìn)行噴漿作業(yè)前，需要先對(duì)預(yù)噴漿的巷道進(jìn)行沖洗[4]，在噴漿時(shí)要遵循由外向里的噴漿順序，先對(duì)巷道兩幫進(jìn)行噴漿，完成后再對(duì)巷道頂板進(jìn)行噴漿工作。在噴漿拱基線以下要自上而下進(jìn)行，在對(duì)頂板噴漿時(shí)，要自兩幫向頂板中間進(jìn)行。噴漿工作人員需要時(shí)刻保持噴槍與所需噴漿面處于垂直，且距噴漿面最好保持在0.8～1.2m，確保噴漿面平整，無(wú)空洞或凸起。

噴漿所用噴料配比為水泥：其他配料=1：4，隨噴隨添加速凝劑，所摻速凝劑的質(zhì)量按照噴料中水泥質(zhì)量的3%進(jìn)行添加，水泥選用常用的325#硅酸鹽水泥，砼標(biāo)號(hào)為C15。在進(jìn)行噴漿作業(yè)時(shí)，初次噴漿厚度為30 mm，待漿料凝固好后，再?gòu)?fù)噴70 mm，進(jìn)行總厚為100 mm 噴漿加固。

噴漿機(jī)采用礦上現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子—Ⅱ型，在進(jìn)行噴漿作業(yè)時(shí)，調(diào)整風(fēng)壓，保持在0.2～0.3MPa，水壓維持在0.3～0.4MPa；同時(shí)為防止噴漿時(shí)出現(xiàn)漿料造成的管路堵塞，需要在加料前，對(duì)噴料進(jìn)行過(guò)篩，防止直徑過(guò)大的矸石進(jìn)入到噴漿機(jī)內(nèi)；在實(shí)際操作中，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，及時(shí)調(diào)整水量，壓風(fēng)量，保證水灰比準(zhǔn)確，確保噴出的漿料符合噴漿標(biāo)準(zhǔn)；在完成區(qū)段內(nèi)的噴漿作業(yè)后，要加強(qiáng)對(duì)噴砼的養(yǎng)護(hù)，應(yīng)定時(shí)對(duì)噴漿面進(jìn)行灑水，前7天內(nèi)，灑水次數(shù)應(yīng)保持在每日兩次，之后每天需保養(yǎng)一次，確保噴漿后巷道保持濕潤(rùn)狀態(tài)，養(yǎng)護(hù)期不得低于28天。

優(yōu)化后的巷道支護(hù)方案見(jiàn)圖3。

圖3 掘進(jìn)巷優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)

4 效果分析

為檢驗(yàn)圍巖控制效果，決定選擇100 m巷道進(jìn)行實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4。

圖4 優(yōu)化后巷道圍巖變形量

由圖4可知，巷道兩幫在距離掘進(jìn)面30m范圍內(nèi)，移近量在迅速增加，達(dá)到49 mm，隨著遠(yuǎn)離掘進(jìn)面，移近量開(kāi)始變緩，最后逐漸穩(wěn)定在73 mm；頂?shù)装逡平吭诰嚯x掘進(jìn)面40 m后開(kāi)始變緩，最后逐漸穩(wěn)定在51 mm；實(shí)驗(yàn)段巷道圍巖穩(wěn)定、支護(hù)良好。

綜上，采用支護(hù)優(yōu)化方案后，巷道兩幫及頂?shù)装宓淖冃尉刂圃谠试S范圍內(nèi)，能夠滿足巷道通風(fēng)及行人的要求，雖然距掘進(jìn)面較近處圍巖變形較快，但是后期基本穩(wěn)定在允許范圍內(nèi)，因此5-102掘進(jìn)巷支護(hù)優(yōu)化方案合理有效，能夠保證巷道正常安全使用。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)汾源煤礦5-102回風(fēng)巷掘進(jìn)施工過(guò)程，通過(guò)對(duì)頂板巖層窺視，分析圍巖破壞原因，提出改進(jìn)支護(hù)方案。通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證，得出如下結(jié)論：

1）5號(hào)煤層因頂板上覆巖層較厚、巖性差異較大；在掘進(jìn)過(guò)程中巖層間的縫隙逐漸增大，導(dǎo)致原支護(hù)錨桿與頂板巖層間的巖石出現(xiàn)破碎掉落、錨桿失效或錨固力不足，極易造成頂板冒落。

2）由于巷道底板為軟巖，在掘進(jìn)過(guò)程中受礦井水等影響，軟化吸水膨脹，底板鼓起；另外，在掘進(jìn)機(jī)的擾動(dòng)下，底板極易發(fā)生破裂，造成底板隆起。

3）通過(guò)對(duì)巷道圍巖破壞分析，決定對(duì)100 m實(shí)驗(yàn)段巷道進(jìn)行表面噴漿、增加支護(hù)密度等優(yōu)化措施；跟蹤監(jiān)測(cè)表明，巷道頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平吭谧罱K分別穩(wěn)定在51 mm和73 mm左右，支護(hù)效果良好，完全可以滿足礦井生產(chǎn)使用的需要。