董 豪

（霍州煤電集團(tuán)金能煤業(yè)有限公司，山西 靜樂 035100）

1 工程概況

山西焦煤霍州煤電集團(tuán)金能煤業(yè)一采區(qū)回風(fēng)上山開口位置為+1210 m總回風(fēng)巷3#點(diǎn)前10 m，方位315°沿煤層下山施工。巷道掘進(jìn)方向右側(cè)25 m設(shè)計(jì)為中一采區(qū)運(yùn)輸上山，末端為礦井邊界。巷道沿2#煤層頂板掘進(jìn)，2#煤層平均厚度為9.8 m，平均傾角12°，煤層頂板為泥巖和砂質(zhì)泥巖。見表1。

表1 煤層頂?shù)装鍘r層特征表

一采區(qū)回風(fēng)大巷掘進(jìn)斷面為半圓拱形，掘進(jìn)寬度×高度=5.4 m×4.2 m。巷道原有支護(hù)方案為錨網(wǎng)索噴支護(hù)，錨桿規(guī)格為Ф22 mm×4000 mm，間排距為800 mm×800 mm，錨索規(guī)格為Ф21.8 mm×8300 mm，間排距為2000 mm×1600 mm，巷道表面混凝土噴漿層厚度為100 mm，具體巷道支護(hù)方案如圖1所示。巷道在原有支護(hù)方案下圍巖變形量大，其中頂?shù)装遄畲笠平窟_(dá)到800 mm，兩幫最大移近量達(dá)到720 mm，現(xiàn)有支護(hù)方案無法滿足使用要求，需對支護(hù)方案進(jìn)行有效優(yōu)化。

圖1 一采區(qū)回風(fēng)大巷原有支護(hù)斷面圖

2 軟弱圍巖聯(lián)合控制技術(shù)

2.1 原有支護(hù)問題

根據(jù)一采區(qū)回風(fēng)大巷圍巖賦存條件，結(jié)合巷道原有支護(hù)下的變形特征，分析得出巷道原有支護(hù)中存在的主要問題如下：

（1）巷道原有支護(hù)方案設(shè)計(jì)時(shí)對頂?shù)装鍘r層地質(zhì)條件認(rèn)識不足，圍巖控制方案無針對性，支護(hù)效率低下。

（2）巷道局部頂煤致使巷道完整程度低，導(dǎo)致巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)中的整體承壓架構(gòu)受損，進(jìn)而致使支護(hù)加固效率偏低。

（3）由于巷道沿煤層頂板掘進(jìn)，直接頂泥巖節(jié)理裂隙發(fā)育，承載能力偏低，導(dǎo)致錨桿錨固力及預(yù)緊力難以達(dá)到設(shè)定值，進(jìn)而無法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的支護(hù)效果。

（4）巷道在采用原有支護(hù)方案時(shí)，支護(hù)方案中錨索破斷率較高，且?guī)筒坎捎缅^桿支護(hù)時(shí)，其無法實(shí)現(xiàn)將錨固力傳遞至煤層深部的目的，錨桿在淺部支護(hù)下極易失效[1-2]。

2.2 聯(lián)合控制技術(shù)

根據(jù)一采區(qū)回風(fēng)大巷原有支護(hù)下變形特征及原有支護(hù)問題分析結(jié)果可知，巷道原有支護(hù)方案中無法保障圍巖變形的主要是錨桿錨固范圍內(nèi)的圍巖體較為松軟破碎，無法達(dá)到錨桿設(shè)計(jì)的預(yù)期錨固力，此時(shí)在4 m范圍內(nèi)圍巖的改性顯得尤為重要?；趪鷰r“強(qiáng)弱強(qiáng)”理論[3-4]，通過錨桿+錨索聯(lián)合支護(hù)的形式將頂板裂隙發(fā)育巖層懸吊在穩(wěn)定巖層中，通過注漿加固實(shí)現(xiàn)裂隙弱結(jié)構(gòu)支護(hù)轉(zhuǎn)化為單一軟巖支護(hù)，且由于巷道圍巖基本為泥巖層，聯(lián)合控制方案中需為圍巖變形提供一定的讓壓空間，據(jù)此優(yōu)化原有支護(hù)中的普通錨索為讓壓錨索[5-6]。

基于一采區(qū)回風(fēng)巷圍巖具體特征可知，圍巖幫部裂隙較為發(fā)育，巷道4 m范圍內(nèi)均在一定程度上出現(xiàn)破碎裂隙帶，現(xiàn)采用長短孔注漿技術(shù)進(jìn)行淺部圍巖的改性，設(shè)計(jì)短注漿鉆孔長度為2600 mm，長注漿鉆孔長度為5600 mm，以此改善圍巖物理性質(zhì)，達(dá)到提升錨桿索錨固效率的目的。具體長短鉆孔注漿技術(shù)方式如圖2。

圖2 長短鉆孔注漿技術(shù)示意圖

綜合上述分析，設(shè)計(jì)的聯(lián)合控制技術(shù)主要為：錨桿+讓壓錨索+長短鉆孔注漿聯(lián)合控制方案。

3 圍巖控制方案

3.1 支護(hù)方案

根據(jù)上述聯(lián)合控制技術(shù)，基于巷道原有支護(hù)方案，設(shè)計(jì)巷道優(yōu)化支護(hù)方案為在巷道原有支護(hù)方式每排錨桿中間位置依次布置高強(qiáng)錨桿、讓壓錨索和注漿錨桿，具體支護(hù)優(yōu)化方案如下：

（1）錨桿+讓壓錨索聯(lián)合支護(hù)。在巷道原有錨桿索支護(hù)的基礎(chǔ)上，在頂板兩排錨索之間補(bǔ)設(shè)6根高強(qiáng)錨桿，錨桿規(guī)格Ф22 mm×3500 mm的高強(qiáng)錨桿；巷道中線左右兩側(cè)分別等間距布置3根高強(qiáng)錨桿，排距2400 mm；另外在兩排錨桿中間補(bǔ)設(shè)3根讓壓錨索，錨索規(guī)格Ф21.8 mm×8300 mm，讓壓錨索配合讓壓裝置及大托盤，間排距2000 mm×2400 mm。補(bǔ)設(shè)錨桿預(yù)緊力為300 N·m，讓壓錨索預(yù)緊力為150 kN。錨桿索支護(hù)優(yōu)化后斷面如圖3。

圖3 錨桿索支護(hù)優(yōu)化后斷面圖

長短孔注漿加固技術(shù)中注漿錨桿在巷道全斷面布置，短注漿錨桿規(guī)格為Ф22 mm×2600 mm，長注漿錨桿規(guī)格為Ф22 mm×5600 mm。短孔和深孔注漿錨桿隔排交替布置，注漿錨桿排距為2.4 m，注漿錨桿巷道頂部每排布置兩根，左右兩幫每排各布置一根，底板布置3根短注漿錨桿，規(guī)格為Ф22 mm×2600 mm，底板短注漿錨桿間排距為1300 mm×2400 mm，兩底角注漿錨桿與底板成15°布置，其余錨桿均垂直于巷道壁面布置。注漿材料采用425#水泥漿，漿液水灰比為0.5。具體長短注漿錨桿布置形式如圖4。

圖4 長短注漿錨桿布置斷面圖（單位：mm）

3.2 效果分析

為有效分析一采區(qū)回風(fēng)大巷在采用聯(lián)合控制技術(shù)方案后的效果，在巷道斷面內(nèi)設(shè)置圍巖變形觀測點(diǎn)。圍巖變形觀測采用十字布點(diǎn)法，每天進(jìn)行一次圍巖變形量的測量記錄，持續(xù)進(jìn)行130 d的監(jiān)測分析。根據(jù)測量記錄結(jié)果得出巷道圍巖表面位移曲線如圖5。

圖5 巷道圍巖變形曲線圖

分析圖5可知，一采區(qū)回風(fēng)大巷采用聯(lián)合控制技術(shù)后，隨著時(shí)間的增長，巷道頂?shù)装寮皟蓭鸵平砍尸F(xiàn)出逐漸增大的趨勢，圍巖變形主要集中在優(yōu)化方案支護(hù)后的0～25 d內(nèi)，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因?yàn)閮?yōu)化支護(hù)方案中注漿加固及讓壓錨索未充分發(fā)揮其加固效果。當(dāng)優(yōu)化方案實(shí)施25 d后，巷道圍巖頂?shù)装寮皟蓭妥冃嗡俾蚀蠓陆?，圍巖基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，最終頂?shù)装逡平康淖畲笾禐?2 mm，兩幫移近量的最大值為74 mm。

另外，在一采區(qū)回風(fēng)大巷采用優(yōu)化后的支護(hù)方案后，每間隔50 m施工一個(gè)頂板離層監(jiān)測點(diǎn)。離層監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置時(shí)，淺部基點(diǎn)設(shè)置在距離4.0 m深度處，深部基點(diǎn)設(shè)置在8.0 m深度處，即淺部基點(diǎn)設(shè)置在注漿加固深度區(qū)域，深部基點(diǎn)設(shè)置在錨索錨固區(qū)域。離層監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置完成后持續(xù)進(jìn)行130 d的離層數(shù)據(jù)監(jiān)測分析。基于監(jiān)測結(jié)果得出頂板離層量數(shù)據(jù)見表2。

表2 優(yōu)化后支護(hù)方案離層數(shù)據(jù)表

分析表2可知，一采區(qū)回風(fēng)大巷采用優(yōu)化的支護(hù)方案后，支護(hù)方案實(shí)施初期頂板淺部基點(diǎn)的離層速率為1～1.5 mm/d，深部基點(diǎn)的離層速率分別為0.5～1 mm/d。在支護(hù)方案實(shí)施一個(gè)月后，頂板巖層中的離層量基本不再發(fā)生變化，這即表明優(yōu)化后的支護(hù)方案有效控制了頂板巖層的穩(wěn)定。

綜合圍巖變形曲線及離層數(shù)據(jù)的分析結(jié)果可知，優(yōu)化支護(hù)方案實(shí)施后，圍巖變形量較小，頂板巖層間離層量小，且支護(hù)方案實(shí)施一個(gè)月后，圍巖變形量及頂板離層量均達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，這即表明優(yōu)化支護(hù)方案有效解決了圍巖變形量大的問題，保障了圍巖的穩(wěn)定。

4 結(jié)論

根據(jù)一采區(qū)回風(fēng)大巷圍巖及原有支護(hù)方式下的變形特征，通過分析巷道原有支護(hù)方案存在的問題，提出錨桿+讓壓錨索+長短孔注漿的聯(lián)合控制技術(shù)，并進(jìn)行支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)優(yōu)化支護(hù)方案實(shí)施后的效果分析可知，優(yōu)化支護(hù)方案解決了圍巖變形量大的問題，保障了圍巖的穩(wěn)定。