畢俊剛

（西山煤電集團(tuán)設(shè)計(jì)院（有限公司），山西 太原 030052）

近年來(lái)，沿空留巷憑借其能改善巷道應(yīng)力集中、減少掘進(jìn)率、改善巷道角部瓦斯積聚等優(yōu)點(diǎn)在我國(guó)各大礦區(qū)得以廣泛應(yīng)用［1］。沿空留巷是在上一個(gè)工作面回采結(jié)束后保留并維護(hù)其巷道并在下一工作面回采時(shí)復(fù)用的巷道［2］。但是，當(dāng)沿空巷道過(guò)斷層時(shí)，由于斷層影響區(qū)內(nèi)圍巖整體性較差，極不利于巷道維護(hù)。專家學(xué)者們針對(duì)這一工程問(wèn)題進(jìn)行了大量研究，提出了巖層注漿和圍巖帷幕注漿［3］、超前預(yù)注漿［4］、混凝土止?jié){墻預(yù)注漿和“錨桿錨索+U 型鋼棚”聯(lián)合支護(hù)［5］以及“加密錨桿+ 架棚”支護(hù)［6］等支護(hù)方案，有效控制了過(guò)斷層時(shí)巷道變形。基于前人的研究成果，本文針對(duì)屯蘭礦8#煤層18405 皮帶順槽（沿空留巷）過(guò)SF215斷層，同時(shí)受18405 工作面采動(dòng)影響，導(dǎo)致圍巖變形大、支護(hù)困難、易發(fā)生冒頂片幫事故的問(wèn)題，通過(guò)理論分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，提出超前注漿和“加密錨索+錨桿+鐵絲網(wǎng)+工字鋼+單體支柱”的聯(lián)合支護(hù)方案，有效控制斷層影響區(qū)沿空巷道圍巖變形，為18405 工作面安全回采創(chuàng)造了良好工作環(huán)境。

1 工程概況

西山煤電屯蘭礦南翼下組煤盤區(qū)共有4 層可采煤層，自上而下依次為6#、7#、8#和9#煤層，其中8#煤層構(gòu)造簡(jiǎn)單，斷層、陷落柱不發(fā)育，屬中厚煤層且全區(qū)可采，為目前主采煤層。8#煤層厚度為1.9～3.3 m，平均2.75 m，傾角為3°～7°，平均5°。8#煤層頂?shù)装迩闆r見圖1。

圖1 煤巖層綜合柱狀圖

8#煤層18405 工作面位于+750 m水平南四盤區(qū)下組煤右翼，北西為18403 工作面（已回采），南東為18407 工作面（暫未施工），北東與南翼下組煤軌道巷相接，西鄰南四盤區(qū)邊界。18405 工作面標(biāo)高+635 ～+715 m，工作面沿煤層走向布置，長(zhǎng)1 836 m，寬240 m。18405 工作面采用傾斜長(zhǎng)壁后退式一次采全高全部垮落綜合機(jī)械化采煤方法。為了減少巷道掘進(jìn)量，降低施工成本，在對(duì)18405 工作面回采時(shí)，決定采用沿空留巷技術(shù)復(fù)用18403 工作面軌道順槽作為本工作面的皮帶順槽，18405 皮帶順槽全長(zhǎng)1 994 m，斷面尺寸為4 500 mm×3 000 mm（寬×高）。18405 工作面布置見圖2。18405 皮帶順槽在距設(shè)計(jì)停采線326 m時(shí)需通過(guò)SF215正斷層，見圖2。

圖2 18405 工作面布置

2 斷層對(duì)沿空留巷圍巖影響分析

根據(jù)8#煤層18403 工作面地質(zhì)條件，隨著18403 工作面向SF215正斷層方向回采，受工作面超前壓力影響，斷層附近沿空留巷應(yīng)力逐漸增大，在18403 工作面距SF215正斷層10～30 m時(shí)應(yīng)力集中系數(shù)達(dá)到2.7，在原支護(hù)條件下巷道頂?shù)装遄畲笠平考s為526.76 mm，兩幫最大移近量約為299.08 mm，巷道局部區(qū)域出現(xiàn)片幫、冒頂現(xiàn)象，金屬網(wǎng)擠壓變形較大，嚴(yán)重威脅工作面安全生產(chǎn)。

綜上所述，為確保18403 工作面軌道順槽在18405 工作面回采時(shí)復(fù)用要求，主要從以下兩個(gè)方面對(duì)18405 皮帶順槽（18403 軌道順槽）進(jìn)行支護(hù)：一是以超前注漿的方式增強(qiáng)斷層附近18405 皮帶順槽圍巖整體性； 二是加強(qiáng)對(duì)斷層影響范圍內(nèi)的18405 皮帶順槽的支護(hù)。

3 工作面過(guò)斷層沿空留巷支護(hù)方案

3.1 超前注漿

基于斷層影響范圍分析，確定18405 皮帶順槽在18405 工作面過(guò)SF215正斷層前的首要處理措施為超前注漿。為了使不同施工時(shí)段注漿效果最佳，選擇聯(lián)邦雙液注漿材料進(jìn)行超前注漿加固，注漿材料性能參數(shù)見表1。雙液注漿漿液在2 種漿液混合前，4 h內(nèi)不發(fā)生凝固、泌水和沉淀，而在將2 種漿液混合后的凝結(jié)時(shí)間為2～8 min，且雙液注漿漿液凝固1～4 h后其單軸抗壓強(qiáng)度可達(dá)6～18 MPa。注漿壓力為10～25 MPa，注漿速率為30 L/min，對(duì)斷層前后30 m范圍內(nèi)沿空巷道圍巖進(jìn)行注漿加固。

表1 注漿材料性能參數(shù)

3.2 加強(qiáng)支護(hù)

18403 軌道順槽采用錨索網(wǎng)支護(hù)，將其沿空留巷利用作為18405 皮帶巷時(shí)，支撐能力不足，導(dǎo)致巷道變形嚴(yán)重，需對(duì)巷道在斷層影響范圍內(nèi)進(jìn)行加固。為此，本文提出采用“加密錨索+錨桿+鐵絲網(wǎng)+工字鋼+單體支柱”的聯(lián)合支護(hù)方案對(duì)原支護(hù)進(jìn)行加強(qiáng)。原支護(hù)和加強(qiáng)支護(hù)方案具體支護(hù)參數(shù)見表2。巷道加強(qiáng)支護(hù)斷面見圖3。

表2 原支護(hù)和加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)

圖3 巷道加強(qiáng)支護(hù)斷面

對(duì)SF215正斷層影響范圍內(nèi)的18405 皮帶順槽在原支護(hù)基礎(chǔ)上，按表2 和圖3 中標(biāo)示的參數(shù)將原來(lái)頂板中間1 排頂錨索改為按間排距1 800 mm×2 400 mm布置；同時(shí)距巷道兩幫200 mm處按間排距3 600 mm×1 500 mm布置DW42-250/110X型單體支柱并配合12#工字鋼使用。

4 效果檢驗(yàn)

根據(jù)上述支護(hù)方案，對(duì)18403 工作面在超前SF215正斷層約15 m處進(jìn)行超前注漿加固斷層影響區(qū)圍巖，并采用“加密錨索+錨桿+鐵絲網(wǎng)+工字鋼+單體支柱”的聯(lián)合支護(hù)方案對(duì)斷層前后30 m范圍內(nèi)沿空巷道進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。為了檢驗(yàn)沿空留巷支護(hù)效果，采用十字布點(diǎn)法對(duì)斷層影響區(qū)內(nèi)的18405 皮帶順槽表面位移進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。在SF215正斷層60 m范圍內(nèi)，每30 m布設(shè)一個(gè)測(cè)站，共布設(shè)2 個(gè)測(cè)站，為期30 天的18405 皮帶順槽表面位移現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖4。

圖4 不同觀測(cè)時(shí)間18405 皮帶順槽表面相對(duì)位移量

由圖4 可知，采用超前注漿和“加密錨索+ 錨桿+ 鐵絲網(wǎng)+ 工字鋼+ 單體支柱”的聯(lián)合支護(hù)方案對(duì)斷層影響區(qū)沿空巷道進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)后，測(cè)站1 和測(cè)站2 所監(jiān)測(cè)的18405 皮帶順槽表面相對(duì)位移量隨觀測(cè)時(shí)間總體上相似。在0～17d期間，18405 皮帶順槽頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平孔兓^大，頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平糠謩e由0d時(shí)的13.24 mm和6.21 mm增大至17d 時(shí)的153.61 mm和90.04 mm，增長(zhǎng)量分別達(dá)140.37 mm和83.83 mm，因此該觀測(cè)時(shí)段可視為18405 皮帶順槽表面變形快速增長(zhǎng)段；而在17～30 d時(shí)，18405 皮帶順槽頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平侩S觀測(cè)時(shí)間無(wú)顯著變化，因此該觀測(cè)時(shí)段可視為18405 皮帶順槽表面變形趨于穩(wěn)定段。此外，18405 皮帶順槽頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平烤谮呌诜€(wěn)定段達(dá)到最大值，最大值分別為155.44 mm和94.66 mm。

綜上所述，采用超前注漿和“加密錨索+錨桿+鐵絲網(wǎng)+ 工字鋼+ 單體支柱”的聯(lián)合支護(hù)方案對(duì)斷層影響區(qū)沿空巷道進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)后，18405 皮帶順槽表面相對(duì)位移隨觀測(cè)時(shí)間呈先增長(zhǎng)后趨于穩(wěn)定的變化趨勢(shì)。相對(duì)原支護(hù)而言，采用注漿及加強(qiáng)支護(hù)后在SF215正斷層的影響范圍內(nèi)18405 皮帶順槽頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平孔畲笾捣謩e為166.72 mm和94.66 mm，圍巖相對(duì)移近量降低了約68.35%，表明對(duì)SF215正斷層影響范圍內(nèi)18405 皮帶順槽進(jìn)行超前注漿和加強(qiáng)支護(hù)，提高了斷層影響區(qū)圍巖整體性，巷道圍巖變形控制效果顯著，為18405 工作面安全回采提供了保障。

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合屯蘭礦8#煤層18405 工作面地質(zhì)條件和實(shí)際生產(chǎn)情況，采用理論分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)相結(jié)合的研究方法，基于斷層對(duì)沿空留巷圍巖的影響分析，提出采用超前注漿加固沿空留巷頂板圍巖并結(jié)合 “加密錨索+ 錨桿+ 鐵絲網(wǎng)+ 工字鋼+ 單體支柱”的聯(lián)合支護(hù)方法，有效控制了斷層影響范圍內(nèi)沿空留巷表面變形，為18405 工作面安全回采提供了保障。