許得河 朱信飛 藺增元

（1.兗礦貴州能化有限公司 ，貴州 貴陽 550022； 2.貴州黔西能源開發(fā)有限公司，貴州 黔西 551500； 3.山東安科礦山支護(hù)技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

因軟巖巷道容易出現(xiàn)圍巖變形量大、底鼓嚴(yán)重、各類支護(hù)構(gòu)件失效等問題，一直以來都是制約煤礦生產(chǎn)安全的重要問題。針對軟巖巷道支護(hù)，許多學(xué)者對大巷加固和修復(fù)進(jìn)行了研究[1-5]，但對工作面巷道研究較少，本文以小屯煤礦工作面巷道為背景，探討適用于三軟沿空巷道的支護(hù)技術(shù)。

1 工程概況

小屯煤礦這一地區(qū)雨量充沛，地表地形容易形成徑流，加之石炭二迭煤系地層滲透性好，地下水的地表補(bǔ)給充分，采空區(qū)含大量積水，礦井涌水量較大。同時(shí)該煤系地層圍巖多為泥巖或泥質(zhì)巖層，頂?shù)装鍘r性均較松軟，暴露后易風(fēng)化破碎，遇水易膨脹弱化。煤層頂?shù)装逶敿?xì)情況見表1。

表1 煤層頂?shù)装逶敿?xì)情況

16中12 軌道巷道緊鄰16中10 工作面采空區(qū)，沿空煤巷留設(shè)煤柱寬度為5 m 窄煤柱，煤層中部發(fā)育厚度0.1～1.7 m 左右的軟分層，穩(wěn)定性差。12 軌道巷原斷面采用錨網(wǎng)帶支護(hù)，頂板錨索規(guī)格為Ф21.6 mm×9000 mm，間排距為1200 mm×800 mm，頂板錨桿為左旋無縱筋樹脂錨桿，規(guī)格Ф20 mm×2200 mm，間排距800 mm×800 mm，采用4500 mmT型鋼帶。幫部錨桿為左旋無縱筋錨桿，規(guī)格Ф20 mm×2000 mm，間排距850 mm×800 mm，采用Ф12 mm×50 mm×2650 mm 鋼筋梯。網(wǎng)子采用10#菱形網(wǎng)。

16中07 工作面和16中10 工作面兩巷采用同類支護(hù)，在掘進(jìn)期間巷道頂板平均下沉量達(dá)300 mm，最大達(dá)到1000 mm，多處需要采取架棚二次進(jìn)行支護(hù)；兩幫局部變形最大達(dá)到1500 mm，底鼓量達(dá)到1600 mm，必須對巷道進(jìn)行多次擴(kuò)幫和臥底?；夭善陂g兩幫移近量平均達(dá)到2000 mm，煤柱側(cè)1500 mm，采幫側(cè)500 mm，平均臥底量達(dá)到3000 mm?，F(xiàn)有軟巖支護(hù)方式和參數(shù)滿足不了掘進(jìn)期間和回采期間圍巖控制的需要。

2 三軟沿空巷道受力及變形分析

為分析12 軌順沿空巷道圍巖穩(wěn)定性，利用UDEC 程序建立M-C 本構(gòu)模型進(jìn)行數(shù)值模擬，研究巷道圍巖塑性區(qū)分布圖。巷道圍巖塑性區(qū)分布情況如圖1，其巷道圍巖內(nèi)的應(yīng)力分布具有以下特點(diǎn)：

（1）巷道布置在16中10 工作面?zhèn)认蛎后w塑性區(qū)范圍內(nèi)，在這個(gè)區(qū)域頂板內(nèi)的垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力都比較低。16中10 工作面頂板巖層的垮落，造成水平應(yīng)力釋放，因此巷道頂板缺乏水平應(yīng)力夾持作用，應(yīng)防止巷道頂板的抽冒。

（2）當(dāng)16中12 工作面回采時(shí)產(chǎn)生的超前支承壓力與16中10 工作面?zhèn)认蛎后w內(nèi)形成的支承壓力疊加，因垂直應(yīng)力主要作用于兩幫，會(huì)造成巷道兩幫向巷內(nèi)發(fā)生位移。

（3）由于采空區(qū)內(nèi)頂板的冒落，頂板所承受的水平應(yīng)力向底板轉(zhuǎn)移。使巷道的底板水平應(yīng)力集中，這是引起沿空巷道底鼓的主要原因。

另外通過鉆孔窺視儀觀測沿空側(cè)小煤柱的破壞情況，觀測結(jié)果與模擬結(jié)果基本一致：鉆孔0～3.4 m觀測范圍內(nèi)（3.4 m 以后塌孔無法觀測）煤體整體性差，多數(shù)呈現(xiàn)松散破碎狀態(tài)。0～1 m 范圍內(nèi)煤體完全破碎張開成為裂隙，且裂隙貫通性強(qiáng)；從1～2 m煤體內(nèi)裂隙密度降低，徑向裂隙增多，裂隙面出現(xiàn)剪切錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象；2～3 m 范圍外煤體徑向裂隙發(fā)育，水流加大，整體性較差；再往深處裂隙增多，3.4 m處出現(xiàn)塌孔。小煤柱鉆孔窺視結(jié)果如圖2。

圖1 巷道圍巖塑性區(qū)分布圖

圖2 小煤柱鉆孔窺視結(jié)果

3 三軟沿空巷道初次支護(hù)體系設(shè)計(jì)

3.1 沿空巷道支護(hù)策略

研究表明沿空巷道控制的關(guān)鍵是巷道的兩幫變形。數(shù)值模擬和現(xiàn)場觀測的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，12 軌順沿空巷道窄煤柱完全處于塑性狀態(tài)，煤柱沿空側(cè)約束弱化，極易導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)失效引發(fā)失穩(wěn)。要維護(hù)巷道穩(wěn)定，必須重點(diǎn)對沿空巷道兩幫特別是小煤柱進(jìn)行加固。頂板存在主要問題是巷道頂板缺乏水平應(yīng)力夾持作用而發(fā)生漏頂，因此對于頂板主要是加強(qiáng)護(hù)表剛度和強(qiáng)度。

3.2 三軟沿空巷道支護(hù)方案

兩幫支護(hù)采用MZGK200-32/27-3400 mm 錨注式組合錨桿進(jìn)行注漿，改善兩幫圍巖條件。該錨桿兼具傳統(tǒng)中空注漿錨桿和普通樹脂錨桿的優(yōu)點(diǎn)，成本低，施工工藝簡單，能有效防止注漿時(shí)漿液從錨桿孔孔口周圍漏漿，而且特別適用于兩幫和底板的深孔支護(hù)。每排各施工五根，排距為800 mm，靠近頂板錨桿與水平成15°角斜入頂板，底角錨桿與煤部成45°～60°角斜入底板。同時(shí)兩幫輔以鋼梁及菱形網(wǎng)。在淋水、斷層等特殊地段兩幫施工Φ22 mm×4300 mm 中空注漿錨索，加強(qiáng)深部支護(hù)。幫錨索與底板距離1000 mm，間排距1550 mm×800 mm，成“2-1-2”三花型布置。具體支護(hù)參數(shù)如圖3。

巷道頂板采用MG500 左旋無縱筋錨桿，規(guī)格為Φ22 mm×2400 mm，間排距和施工與原支護(hù)一致，頂板錨索仍采用Φ21.6 mm×9000 mm 樹脂錨索，但由“3-3-3”改為“2-1-2”型布置。頂板采用“W”型鋼帶替代“T”型鋼帶，增大護(hù)表面積。將原10#菱形網(wǎng)改為4#點(diǎn)焊鋼筋網(wǎng)，提高護(hù)表強(qiáng)度和剛度。具體支護(hù)參數(shù)如圖4。

圖3 兩幫支護(hù)圖

圖4 頂板支護(hù)圖

4 支護(hù)效果分析

16中12 沿空巷道表面位移監(jiān)測采用十字布點(diǎn)法布置三個(gè)觀測點(diǎn)，巷道表面變形監(jiān)測布置3 個(gè)測面，分別對應(yīng)于多點(diǎn)位移計(jì)觀測斷面1#、2#、3#。表面位移變化圖如圖5，其中OA、OB、OC、OD 分別為巷道中心點(diǎn)到小煤柱側(cè)、實(shí)體煤測、頂板、底板監(jiān)測數(shù)值的變化量。

從監(jiān)測斷面1#、2#、3#觀測數(shù)據(jù)曲線可以得到：

（1）16中12 沿空巷實(shí)體煤與頂板變形量最小，小煤柱變形量次之，底鼓變形量最大。

（2）16中12 沿空巷試驗(yàn)段底鼓量200 mm，小煤柱變形量不到150 mm。

（3）試驗(yàn)段底鼓與小煤柱變形控制效果顯著，試驗(yàn)段底鼓量平均降低70%，小煤柱變形量平均降低75%。

（4）12 月31 日受采掘動(dòng)壓后，巷道表面變形量主要體現(xiàn)在小煤柱與底鼓量的增加，受動(dòng)壓影響后試驗(yàn)段底鼓量與小煤柱變形量趨于收斂狀態(tài)，變形增量減小。

圖5 巷道各斷面表面位移變化圖

5 結(jié) 論

（1）軟巖沿空巷道的應(yīng)力釋放后，頂板內(nèi)的垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力都比較低，巷道頂板缺乏水平應(yīng)力夾持作用，應(yīng)加強(qiáng)護(hù)表，防止巷道頂板的抽冒。

（2）沿空巷道窄煤柱受采動(dòng)影響后完全處于塑性狀態(tài)，自身穩(wěn)定性差，要維護(hù)巷道穩(wěn)定必須重點(diǎn)改善沿空巷道兩幫特別是小煤柱圍巖性能。

（3）經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用對比，“頂板加強(qiáng)護(hù)表，兩幫加大錨注”的錨桿錨索全錨支護(hù)體系下煤柱變形降低了75%，底鼓量平均降低70%，頂板整體穩(wěn)定。