文/朱世奎（淮北礦業(yè)股份有限公司）

煤炭是一種不可再生資源，為了節(jié)約能源及提高煤炭回采率，礦井布置回采巷道時(shí)多采用沿空掘巷技術(shù)，但隨著煤層傾角的增大，沿空掘巷后巷道礦山壓力顯現(xiàn)劇烈，巷道變形量較大，極易發(fā)生片幫和冒頂?shù)仁鹿?，給煤炭資源安全開采帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

近年來，眾多學(xué)者針對不同條件下沿空掘巷圍巖變形破壞機(jī)理和穩(wěn)定性控制技術(shù)等方面展開了深入的研究，取得了豐碩的成果。基于此，本文以桃園礦II1044 風(fēng)巷為工程背景，在分析大傾角沿空巷道變形破壞機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出針對性的巷道支護(hù)技術(shù)，為礦井的安全高效生產(chǎn)提供有力的保障。

一、工程地質(zhì)概況

桃園煤礦位于淮北平原中部，區(qū)內(nèi)地勢平坦，大多為農(nóng)田，采區(qū)范圍內(nèi)地面標(biāo)高+23.0～+25.0m。II4 采區(qū)位于桃園煤礦補(bǔ)3 線北100m 至F2 斷層，淺部以-520m 為界，深部至-800m 水平。采區(qū)走向長約2200m，傾斜寬約900～1500m，面積約2.5km。

Ⅱ1044 工作面位于Ⅱ4 采區(qū)二階段，為該采區(qū)的第二工作面，上區(qū)段為Ⅱ1042 工作面，左與Ⅱ2 采區(qū)相鄰，右至京滬鐵路保護(hù)煤柱。該工作面10 煤層屬二疊系山西組，煤層厚為2.5～4.3m，局部含有一層夾矸，厚0～0.4m，平均0.2m；煤層傾角28°～44°，平均38°，煤層頂板為泥巖或細(xì)砂巖，底板為泥巖。Ⅱ1044 風(fēng)巷采用沿空掘巷方式掘進(jìn)，錨網(wǎng)支護(hù)，錨桿型號(hào)為GM20/2400-490高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，每根錨桿2 卷MSZ2550 型樹脂藥卷，鋼筋網(wǎng)規(guī)格為2500mm×1000mm 或1900mm×1000mm，網(wǎng)格150mm×150mm。

二、巷道變形破壞機(jī)理分析

1. 圍巖應(yīng)力高

圍巖應(yīng)力是巷道圍巖變形破壞的根源。由于Ⅱ1044風(fēng)巷受Ⅱ1042 工作面和即將回采的Ⅱ1044 工作面采動(dòng)壓力影響，巷道圍巖應(yīng)力較高。在高圍巖應(yīng)力的作用下，巷道產(chǎn)生較大變形，嚴(yán)重影響巷道正常使用。

2. 煤層傾角大及沿空掘巷布置方式

一方面，Ⅱ1044 工作面煤層傾角為28°～44°，平均為38°，煤層傾角較大，Ⅱ1044 風(fēng)巷采取沿煤層頂板布置的方式，斷面呈斜梯形狀，巷道圍巖在梯形尖角處更易產(chǎn)生應(yīng)力集中，掘巷期間梯形尖角處煤壁易片幫；另一方面，Ⅱ1044 風(fēng)巷采用沿空掘巷方式掘進(jìn)，煤柱一側(cè)不僅經(jīng)受了上區(qū)段工作面回采的強(qiáng)動(dòng)壓影響，還會(huì)受到本次巷道掘進(jìn)的二次影響，進(jìn)一步加大了巷道的支護(hù)難度。

3. 圍巖的體積膨脹特性

大量巖石力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果表明，無論是在低圍壓還是高圍壓情況下，巖石在破壞后均會(huì)出現(xiàn)較大的體積膨脹，即在殘余強(qiáng)度階段，即使不增加載荷，體積也會(huì)不斷增大，其峰后體積應(yīng)變比峰值前一般大1～2 個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，Ⅱ1044 風(fēng)巷圍巖變形破壞后會(huì)產(chǎn)生明顯的體積膨脹現(xiàn)象，增加了巷道變形量。

三、巷道支護(hù)方案設(shè)計(jì)

由于Ⅱ1044 風(fēng)巷在梯形尖角處極易產(chǎn)生應(yīng)力集中，開挖后圍巖自穩(wěn)能力差，易誘發(fā)煤壁片幫，因此，本文提出了以“三維立體注漿”為核心的大傾角煤層沿空掘巷圍巖控制技術(shù)，即在掘巷前利用注漿錨索對巷道斷面梯形尖角處圍巖進(jìn)行超前注漿預(yù)控制，巷道掘出后，采用“錨網(wǎng)索噴注”對巷道圍巖整體加固，使支護(hù)結(jié)構(gòu)和注漿后的圍巖形成一個(gè)整體承載結(jié)構(gòu)，維持巷道的長期穩(wěn)定。

1. 超前注漿支護(hù)

超前注漿時(shí)，首先施工超前注漿鉆孔，孔深12m，外插角5°，仰角2°，距巷道壁300mm，距巷幫最高點(diǎn)700mm，排距9000mm，具體位置如圖1 所示。然后在注漿孔中置入Φ22mm×12250mm 的注漿錨索，外露250mm。

圖1 注漿錨索超前注漿示意圖

2.“錨網(wǎng)索噴注”聯(lián)合支護(hù)

巷道掘出后，設(shè)計(jì)采用“錨網(wǎng)索噴注”對巷道進(jìn)行整體加固，以維持巷道的長期穩(wěn)定性，其支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。錨桿采用GM20/2400-490 高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，每孔采用兩節(jié)MSZ2550 樹脂藥卷錨固劑，錨桿預(yù)緊力不小于300Nm，錨固力不小于80kN。每排螺紋鋼錨桿在橫向采用鋼筋梯子梁連接，為增加煤壁穩(wěn)定性，對巷道右?guī)蛷纳贤聰?shù)第二排螺紋鋼錨桿沿巷道軸線方向掛M 型鋼帶。錨索由螺旋肋鋼絞線組成，其中頂板錨索規(guī)格為Φ17.8mm×6300mm，每個(gè)斷面3 根，煤柱一側(cè)幫部錨索規(guī)格為Φ17.8mm×4000mm，每個(gè)斷面1 根。注漿錨桿選用規(guī)格為Φ25mm×2500mm 的高強(qiáng)螺紋鋼中空注漿錨桿，破斷力≥15t，桿體上順序鉆有Φ6mm 出漿孔，封孔采用快硬水泥藥卷。

圖2 Ⅱ1044 回風(fēng)巷支護(hù)斷面圖

主要注漿參數(shù)：水泥采用425#普通硅酸鹽水泥，漿液水灰比為0.7∶1～1∶1。為了增加水泥漿液的和易性、流動(dòng)性、微膨脹性，提高水泥漿液的結(jié)石率和錨注巖體的強(qiáng)度，采用ACZ-1 型水泥添加劑，用量為水泥重量的4%～6%。超前注漿的注漿壓力為6.0～8.0MPa，單孔注漿時(shí)間為1000～1200s。注漿錨桿的注漿壓力為2.0～3.0MPa，注漿時(shí)間為250～400s。

四、現(xiàn)場觀測

1.錨桿受力監(jiān)測結(jié)果分析

在Ⅱ1044 風(fēng)巷試驗(yàn)段隨機(jī)拉拔了5 根錨桿，每根錨桿的錨固力均在85kN 以上，表明錨固效果良好。

2.巷道表面位移監(jiān)測結(jié)果分析

在Ⅱ1044 風(fēng)巷布置了2 個(gè)巷道表面位移監(jiān)測斷面，監(jiān)測結(jié)果如圖3 所示，從圖中可以看出，監(jiān)測期間巷道兩幫移近量最大值為142mm，頂?shù)装逡平孔畲笾禐?58mm，且在40 天后巷道變形趨于穩(wěn)定，說明設(shè)計(jì)的支護(hù)方案有效地控制了巷道圍巖的變形，保持了巷道的長期穩(wěn)定，滿足了工作面的安全回采要求。

圖3 巷道圍巖表面位移監(jiān)測結(jié)果

五、結(jié)語

針對大傾角煤層沿空掘巷巷道支護(hù)難題，通過對桃園礦Ⅱ1044 風(fēng)巷采取“超前注漿+錨網(wǎng)索噴注”的三維立體注漿支護(hù)技術(shù)后，巷道圍巖變形量和變形速度得到了有效控制，滿足了工作面的回采要求，為煤礦的安全高效生產(chǎn)提供了有力的保障。