王 攀

（山西晉能控股煤業(yè)集團(tuán)沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048006）

引言

圍巖非連續(xù)、非協(xié)調(diào)大變形、大范圍失穩(wěn)破壞，是目前深部巷道圍巖控制中最為典型的工程問題[1]。國(guó)內(nèi)深部高應(yīng)力巷道圍巖一般采用高強(qiáng)度、大剛度、高預(yù)應(yīng)力支護(hù)技術(shù)，很多巷道通過二次支護(hù)甚至多次支護(hù)仍然不能有效控制圍巖大變形，特別是對(duì)于深部松軟破碎巷道、動(dòng)壓巷道等，通常表現(xiàn)為錨桿（索）被拉斷、圍巖支護(hù)系統(tǒng)失效從而導(dǎo)致冒頂、片幫和底鼓等一系列劇烈的礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象，巷道經(jīng)過多次翻修仍無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定。與此同時(shí)，巷道的支護(hù)成本與維護(hù)費(fèi)用成倍增加，嚴(yán)重制約了煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。

1 現(xiàn)場(chǎng)概況

岳城煤礦主采3號(hào)煤層。井田內(nèi)3號(hào)煤層賦存穩(wěn)定，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤質(zhì)松軟，厚度一般為3.5～5.2 m，平均厚度為3.2 m，煤層傾角為1°～15°，平均傾角為8°，埋藏深度為463.9～633.9 m，平均埋藏深度均大于500 m。工程地點(diǎn)是一盤區(qū)1311工作面13111巷、13112巷兩條回采巷道，其布置如圖1所示。

圖1 1311工作面布置圖

目前，隨著井下一盤區(qū)延伸，煤層埋深逐漸增大，約620～1 100 m，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，回采巷道采用錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)，生產(chǎn)過程中仍存在以下技術(shù)難題：一是隨著煤層埋藏深度的增加，回采巷道圍巖變形量大，特別是復(fù)用巷道的片幫和底鼓嚴(yán)重，頻繁巷修造成人力物力損失；二是巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)效果不理想，巷道普遍存在錨索、錨桿拉斷現(xiàn)象，深部巷道礦壓顯現(xiàn)特征和軟巖化傾向，即巷道變形量大、非線性變形，變形時(shí)間長(zhǎng)，具有蠕變特征，伴隨強(qiáng)烈底鼓現(xiàn)象。因此必須深入分析支護(hù)失效、巷道失穩(wěn)破壞的主要原因，針對(duì)性制定巷道支護(hù)設(shè)計(jì)方案，確保礦井的安全回采。

2 巷道變形原因分析

巷道圍巖支護(hù)不利是導(dǎo)致巷道變形的主要原因。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，巷道圍巖支護(hù)存在如下問題：巷道所處位置應(yīng)力水平增高，主要原因是埋深增大導(dǎo)致巷道圍巖的力學(xué)行為、變形特性、圍巖區(qū)域特征亦發(fā)生了變化，因此方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮增加木墊板或使用卸壓錨桿等方式增加支護(hù)強(qiáng)度；錨桿、錨索搭配不當(dāng)導(dǎo)致的支護(hù)體與圍巖間不耦合，支護(hù)時(shí)可考慮通過錨桿支護(hù)參數(shù)的調(diào)整，使巷道周邊形成一定厚度和強(qiáng)度的加固拱或加固帶；群體錨桿、錨索間支護(hù)整體性差，錨固力不均衡，造成個(gè)別錨桿、錨索受力過大，出現(xiàn)應(yīng)力過度集中[2]。因此，支護(hù)方案設(shè)計(jì)時(shí)考慮增加鋼帶或鋼筋梯，增強(qiáng)整體性，加設(shè)木墊板，協(xié)調(diào)變形，實(shí)現(xiàn)錨固力均衡。

3 巷道支護(hù)初步設(shè)計(jì)

通過對(duì)回采巷道存在支護(hù)問題及其原因進(jìn)行分析，并結(jié)合1311工作面煤層頂?shù)装鍘r性、賦存狀況，基于巷道屬于“深部巷道”為特征[3]，制定方案如下。

3.1 支護(hù)方式確定

IV類圍巖屬于穩(wěn)定性較差的巖層，距巷道頂板5~6.0 m范圍內(nèi)沒有穩(wěn)定巖層，很容易產(chǎn)生冒頂和片幫，巖性多為頁(yè)巖、泥巖、膠結(jié)程度較差的砂巖和硬煤。故支護(hù)方式選定為：錨桿+錨索+鋼筋梯+金屬網(wǎng)+木托盤聯(lián)合支護(hù)方式，為了增加可錨性防止圍巖風(fēng)化和圍巖補(bǔ)強(qiáng)，13111巷掘后噴漿，13112巷圍巖注漿+噴漿。

3.2 巷道規(guī)格尺寸

13111巷巷道斷面為矩形，沿頂留底掘進(jìn)，掘進(jìn)寬度為5 600 mm，高為4 500 mm，掘進(jìn)斷面積為25.2 m2；凈寬為5 400 mm，凈高為4 400 mm，凈斷面積為23.76 m2；13112巷巷道斷面為矩形，沿頂留底掘進(jìn)，掘進(jìn)寬度為5 000 mm，高為4 500 mm，掘進(jìn)斷面積為22.5 m2；凈寬為4 800 mm，凈高為4 400 mm，凈斷面積為21.12 m2。

3.3 支護(hù)設(shè)計(jì)

巷道頂板支護(hù)如圖2所示。

圖2 頂板支護(hù)設(shè)計(jì)圖（未標(biāo)單位：mm）

如圖2所示，頂板支護(hù)采用MSGLW-500/22-2400左旋無縱筋螺紋鋼筋錨桿，搭配拱型高強(qiáng)度托盤，頂角錨桿托盤規(guī)格為300 mm×200 mm×10 mm，其他托盤規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm，錨桿間距850 mm，排距1 000 mm；錨索間距1 700 mm，呈五花布置，排距1 000 mm。補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)采用SKP17.8-1/1860-5400 mm錨索搭配300 mm×300 mm×16 mm高強(qiáng)度可調(diào)心托盤。鋼筋托梁采用Φ14mm的鋼筋焊接而成，寬度80 mm，長(zhǎng)度4.9 m，在安裝錨索的位置處焊接上兩段縱筋，縱筋間距100 mm，以便安裝錨索。W鋼帶護(hù)板：采用W鋼帶切割而成，型號(hào)W280×400/4，頂角錨桿不使用。

巷道兩幫支護(hù)見圖3，支護(hù)材料與頂板基本相同，間排距方面，兩幫錨桿間距1000 mm，排距1 000 mm；錨索間距1 000 mm，呈三花布置。

圖3 兩幫支護(hù)設(shè)計(jì)圖（未標(biāo)單位：mm）

4 效果驗(yàn)證及結(jié)論

為有效驗(yàn)證支護(hù)設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)效果和參數(shù)優(yōu)化，在13111巷采用十字檢測(cè)法對(duì)巷道圍巖變化進(jìn)行為期80 d的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，結(jié)果如圖4所示。

圖4 實(shí)驗(yàn)巷道圍巖變化曲線圖

由圖4可知，巷道圍巖變化可分為兩個(gè)階段：第一階段為0~25 d，此時(shí)頂?shù)装搴蛢蓭蛧鷰r較大，頂?shù)装宓南鄬?duì)收斂量為329 mm，兩幫的相對(duì)收斂量357 mm；第二階段為25~80 d，此時(shí)頂?shù)装搴蛢蓭蛧鷰r變化開始逐漸趨于平緩，到第80天時(shí)，頂?shù)装鍑鷰r相對(duì)收斂量為409 mm，兩幫圍巖的相對(duì)收斂量為462 mm。說明采用該支護(hù)方案后巷道圍巖變化得到了較好控制，圍巖整體變形速度較小，但依舊處于持續(xù)變形中。因此應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)后期的圍巖變形觀測(cè)，及時(shí)進(jìn)行超前注漿或補(bǔ)強(qiáng)錨索，保證巷道服務(wù)期間安全使用。