趙秋瑜

(山西潞安集團(tuán) 蒲縣新良友煤業(yè)有限公司，山西 蒲縣 041206)

我國煤礦以井工開采為主，需要掘進(jìn)大量的地下巷道，由于地下巖層賦存條件復(fù)雜，掘巷期間會遇到諸如斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造，直接影響到巷道的快速掘進(jìn)和圍巖的穩(wěn)定控制[1-2]。陷落柱俗稱巖溶，是構(gòu)造應(yīng)力、覆巖載荷作用下礦井水長期侵蝕巖層形成的，由于陷落柱附近圍巖體破碎，其應(yīng)力環(huán)境和力學(xué)性質(zhì)相對復(fù)雜，受采掘擾動影響，極易出現(xiàn)大變形現(xiàn)象，且很難形成有效的支護(hù)結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重影響到礦井的安全高效生產(chǎn)，甚至帶來安全傷亡事故[3-5]。對于復(fù)雜地質(zhì)條件下巷道支護(hù)技術(shù)的研究，已經(jīng)逐漸引起了國內(nèi)外專家的普遍關(guān)注，新良友煤業(yè)11102運輸巷揭露X7陷落柱(橢圓形，長軸110 m、短軸104 m)，為避免新良友煤業(yè)11102運輸巷服務(wù)期間受陷落柱影響，巷道發(fā)生嚴(yán)重的變形破壞，直接影響礦井正常開采，亟需開展新良友煤業(yè)11102運輸巷陷落柱區(qū)域支護(hù)技術(shù)研究。

1 工程概況

新良友煤業(yè)11102運輸巷服務(wù)于11102工作面，供進(jìn)風(fēng)、行人、運煤等，巷道設(shè)計長度915 m，服務(wù)年限1.5 a，位于北運輸大巷以東，礦井東側(cè)邊界以西，11101綜采工作面以北，3號貫眼以南，垂直于一采區(qū)三條大巷，巷道沿11號煤層頂板布置，煤層賦存較穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)較簡單，含兩層夾矸，煤層結(jié)構(gòu)0.26～0.38(0.21～0.37)0.37～0.46(0.07～0.13)1.88～2.06(m)，煤層厚度2.60～3.02 m，平均煤厚2.8 m，屬原生結(jié)構(gòu)煤，煤層傾角-12～0°，整體呈-8°下山掘進(jìn)，煤層頂板巖性為泥巖及砂質(zhì)泥巖，致密、膠結(jié)較好，煤層底板巖性為泥巖及砂質(zhì)泥巖，致密、遇水易泥化，易發(fā)生底鼓現(xiàn)象，設(shè)計巷道為矩形斷面，掘進(jìn)寬度4.6 m，掘進(jìn)高度2.8 m，地質(zhì)資料顯示，巷道掘進(jìn)過程中將揭露X7陷落柱，該區(qū)域圍巖相對破碎，應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，易出現(xiàn)大變形現(xiàn)象。

2 陷落柱區(qū)域支護(hù)技術(shù)

為保證試驗巷道揭露X7陷落柱時巷道圍巖得到穩(wěn)定控制，需針對性的提出陷落柱區(qū)域巷道支護(hù)加固思路，據(jù)此設(shè)計適用于試驗巷道陷落柱區(qū)域的支護(hù)技術(shù)和參數(shù)。

2.1 陷落柱區(qū)域巷道支護(hù)加固思路

1) 破碎圍巖注漿強(qiáng)化改性。試驗巷道揭露X7陷落柱，圍巖相對破碎，采用注漿強(qiáng)化的方式，改變破碎圍巖力學(xué)性質(zhì)，整體提高巷道圍巖自身承載能力。

2) 高強(qiáng)度主動錨網(wǎng)索支護(hù)。錨桿支護(hù)具有支護(hù)效果好、施工速度快、成本低等優(yōu)點，采用高強(qiáng)度的錨桿，通過施加一定預(yù)應(yīng)力促使圍巖形成主動承載結(jié)構(gòu)，同時，采用錨索加強(qiáng)頂板支護(hù)，合理優(yōu)化支護(hù)參數(shù)，充分發(fā)揮圍巖自身承載能力。

3) 區(qū)域性表層圍巖硬化。陷落柱區(qū)域巷道表層圍巖破碎，采用噴射混凝土的方法，與巷道表面形成一層具有一定強(qiáng)度的防風(fēng)化噴層，降低因表層圍巖破碎形成的局部片幫、冒頂。

2.2 陷落柱區(qū)域巷道支護(hù)技術(shù)和參數(shù)

根據(jù)試驗巷道生產(chǎn)地質(zhì)條件、陷落柱區(qū)域巷道支護(hù)加固思路，開發(fā)形成適用于新良友煤業(yè)11102運輸巷的陷落柱區(qū)域巷道支護(hù)技術(shù)和參數(shù)，具體技術(shù)參數(shù)如下：

1) 破碎圍巖注漿強(qiáng)化改性。采用硅酸鹽水泥漿進(jìn)行破碎圍巖注漿強(qiáng)化改性，提高圍巖承載能力，頂板注漿孔設(shè)計長度4.0 m，兩幫注漿孔設(shè)計長度3.0 m，注漿孔直徑設(shè)計42 mm，注漿管采用PVC管制作，每隔200 mm交錯設(shè)置出漿孔，頂板間距1 400 mm，兩幫間距1 200 mm，排距設(shè)計2 700 mm，注漿壓力設(shè)計2.0 MPa，具體布置參數(shù)見圖1所示。

圖1 破碎圍巖注漿斷面

2) 高強(qiáng)度主動錨網(wǎng)索支護(hù)。采用高強(qiáng)度高預(yù)緊力的錨桿，形成主動承載結(jié)構(gòu)，同時，采用錨索加強(qiáng)頂板支護(hù)，充分發(fā)揮圍巖自身承載能力，促使圍巖支護(hù)形成統(tǒng)一承載體。頂板采用采用錨網(wǎng)索支護(hù)，規(guī)格為M24-D22 mm-2 400 mm的左旋無縱筋高強(qiáng)度錨桿，配套尺寸150 mm×150 mm×10 mm的不低于Q335的拱型高強(qiáng)度托板及其調(diào)心墊圈和減磨墊片(材質(zhì)為1010尼龍)，每根錨桿均采用兩支樹脂藥卷固定(一支K2335、一支Z2360)，采用D14 mm的圓鋼筋焊接而成鋼梁成排連接，規(guī)格D14-4350×80-850-6，間排距設(shè)計850 mm ×900 mm，錨桿扭矩力設(shè)計不小于300 N·m，錨固力設(shè)計不小于105 kN，金屬網(wǎng)采用8號鐵絲編織的矩形網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格50 mm×50 mm，錨索采用型號MS-D18.9 mm-7 300 mm的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線錨索，延伸率不小于3.5%，配套采用300 mm×300 mm×16 mm高強(qiáng)度可調(diào)心鐵托板及專用鎖具，錨索托板承載能力大于55 t，每根錨索均使用三塊樹脂藥卷進(jìn)行固定(1支K2335，2支Z2360)，錨索采用“2-0-2”矩形布置，間排距設(shè)計1 800 mm ×1 800 mm，錨索專用利用張緊器張緊鎖具，錨索預(yù)緊力設(shè)計不少于120 kN，拉拔力設(shè)計不低于250 kN；幫部采用錨網(wǎng)支護(hù)，錨桿、金屬網(wǎng)規(guī)格及其參數(shù)要求同頂板支護(hù)技術(shù)參數(shù)一致，間排距設(shè)計800 mm ×900 mm，具體支護(hù)參數(shù)見圖2所示。

圖2 巷道支護(hù)斷面

3) 區(qū)域性表層圍巖硬化。采用噴射混凝土的方法，在巷道表面形成一層厚度50 mm、強(qiáng)度C20的混凝土噴層，強(qiáng)化表層圍巖，并防止圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)化失效。

3 圍巖控制效果分析

將開發(fā)的陷落柱區(qū)域支護(hù)技術(shù)參數(shù)應(yīng)用于新良友煤業(yè)11102運輸巷揭露的陷落柱區(qū)域，同時監(jiān)測巷道變形情況，巷道變形曲線見圖3。如圖所示，巷道在掘出50 d后，圍巖變形速度減緩并趨于穩(wěn)定，左幫、右?guī)屠塾嬜冃畏謩e約86 mm，、92 mm，頂板、底板累計變形分別約116 mm、 70 mm，結(jié)果表明，試驗巷道頂板下沉量相對較大，底鼓量相對較小，整體來看，巷道圍巖變形均較小，處于變形允許范圍，表明了陷落柱區(qū)域支護(hù)技術(shù)參數(shù)的合理性和可靠性。

圖3 巷道變形曲線

4 結(jié) 語

陷落柱區(qū)域圍巖相對破碎、應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，巷道掘進(jìn)易出現(xiàn)大變形現(xiàn)象，為此，以新良友煤業(yè)11102運輸巷揭露X7陷落柱為工程背景，提出破碎圍巖注漿強(qiáng)化改性、高強(qiáng)度主動錨網(wǎng)索支護(hù)、區(qū)域性表層圍巖硬化的陷落柱區(qū)域巷道支護(hù)加固思路，基于此，新良友煤業(yè)11102運輸巷陷落柱區(qū)域支護(hù)技術(shù)，現(xiàn)場應(yīng)用后，巷道圍巖變形均處于變形允許范圍，表明了陷落柱區(qū)域支護(hù)技術(shù)參數(shù)的合理性和可靠性。