崔瑞軍

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司， 山西 介休 032000）

1 工程概況及支護(hù)難點(diǎn)分析

本采區(qū)主采2 號(hào)煤層，煤層厚度5.9～7.8 m，埋深280～300 m，煤層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，夾矸層較多，裂隙較發(fā)育，結(jié)構(gòu)較松散，普氏系數(shù)為1.4。煤層直接頂為平均厚度2.7 m 的砂質(zhì)泥巖；老頂為平均厚度9.2 m的粉砂巖，有平行和交錯(cuò)層理；直接底為平均厚度1.6 m 的泥巖，遇水易膨脹。2102 工作面回風(fēng)巷采用矩形斷面，斷面規(guī)格為5.2 m×3.5 m，巷道沿煤層底板掘進(jìn)，采用常規(guī)的錨桿索聯(lián)合支護(hù)方式，斷層等圍巖破碎區(qū)有專項(xiàng)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案。

由于礦井采掘接續(xù)較為緊張，在2104 工作面回采尚未結(jié)束時(shí)，即開始進(jìn)行2102 工作面回風(fēng)巷的掘進(jìn)，區(qū)段煤柱寬度為20 m，由于回采工作是后退式采煤，掘進(jìn)工作是前進(jìn)式掘進(jìn)，采掘工作相向推進(jìn)，存在動(dòng)壓擾動(dòng)及應(yīng)力疊加情況。現(xiàn)場對(duì)2102 回風(fēng)巷已掘進(jìn)巷道進(jìn)行調(diào)研，巷道在掘進(jìn)之初就呈現(xiàn)出強(qiáng)應(yīng)力擾動(dòng)特點(diǎn)，礦方雖然在原有支護(hù)方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)，但巷道頂板的沉降變形控制不理想，尤其是當(dāng)巷道掘進(jìn)位置與鄰近2104 工作面推進(jìn)位置相遇時(shí)，受采煤工作面?zhèn)认蛑С袎毫?、綜采工作面回采擾動(dòng)、掘進(jìn)工作面礦壓顯現(xiàn)等因素影響，自相遇位置向巷道前后側(cè)各約100 m 的區(qū)域，礦壓顯現(xiàn)異常強(qiáng)烈，表現(xiàn)為巷道頂板劇烈下沉，伴隨巷道底鼓及鼓幫，煤柱側(cè)巷道垮幫，巷道斷面嚴(yán)重收縮，錨桿索被拉斷、支護(hù)失效，局部區(qū)域出現(xiàn)巷道冒頂事故，無法正常使用，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)，亟需修復(fù)。

2 巷道圍巖失穩(wěn)原因及特征分析

綜合運(yùn)用現(xiàn)場調(diào)研、理論分析及文獻(xiàn)查閱等研究方法，對(duì)采動(dòng)影響下巷道圍巖失穩(wěn)原因及特征進(jìn)行分析[1-3]。

2.1 應(yīng)力疊加及采動(dòng)影響大

2102 工作面回風(fēng)巷掘進(jìn)支護(hù)特殊之處在于掘進(jìn)時(shí)鄰近的采煤工作面仍在推進(jìn)，而鄰近的2104 工作面采高大，應(yīng)力擾動(dòng)范圍大，回采后所形成的側(cè)向支承壓力強(qiáng)度和范圍均較大，因此，當(dāng)采煤工作面和掘進(jìn)工作面相遇時(shí)，采煤工作面的側(cè)向支承壓力、采煤工作面回采后頂板垮落的應(yīng)力擾動(dòng)、掘進(jìn)工作面自身的礦山壓力相互疊加，將會(huì)對(duì)掘進(jìn)工作形成強(qiáng)應(yīng)力擾動(dòng)，巷道支護(hù)難度顯著增大。

2.2 巷道斷面大

由于該巷道所服務(wù)的2102 工作面為大型綜放工作面，為滿足設(shè)備進(jìn)出、通風(fēng)等要求，必須具備足夠的巷道斷面。而巷道斷面增大后圍巖擾動(dòng)范圍增大，尤其是頂板中部易發(fā)生離層、冒落，是造成巷道支護(hù)困難的又一重要原因。

2.3 圍巖強(qiáng)度低，穩(wěn)定性差

由于2 號(hào)煤層厚度5.9～7.8 m，而2102 工作面回風(fēng)巷沿煤層底板掘進(jìn)，故巷道兩幫及頂板均為軟弱煤體，相比巖石，煤體強(qiáng)度低，裂隙更為發(fā)育，自穩(wěn)能力較差，受采掘工作擾動(dòng)后更易破碎失穩(wěn)，無法形成穩(wěn)定的承載結(jié)構(gòu)，擾動(dòng)后的煤體載荷只能依靠外部支護(hù)來承擔(dān)，給支護(hù)工作帶來較大困難。

2.4 原有支護(hù)方式不合理

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研已掘巷道及失修巷道的支護(hù)情況，發(fā)現(xiàn)巷道原有支護(hù)方式存在諸多不合理之處。

1）極為關(guān)鍵的錨索支護(hù)方式不合理，由于巷道頂煤較厚，直接頂軟弱，總厚度超過6.5 m，而原支護(hù)方式所使用的錨索長度僅6.3 m，錨索錨固點(diǎn)仍處于軟弱巖層中，沒有發(fā)揮出錨索的懸吊錨固作用。

2）錨索均垂直頂板打設(shè)，巷道兩端錨索無法對(duì)巷道肩窩剪應(yīng)力最大區(qū)域?qū)嵤┘庸?，且未深入穩(wěn)定巖層中，沒有與圍巖形成統(tǒng)一的承載結(jié)構(gòu)。

3）巷道幫部使用普通錨桿支護(hù)無法抑制巷道鼓幫、變形，需要對(duì)支護(hù)方式進(jìn)行改進(jìn)。

3 巷道支護(hù)方案設(shè)計(jì)

3.1 巷道支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究

巷道支護(hù)方案設(shè)計(jì)必須適應(yīng)具體的地質(zhì)生產(chǎn)條件，根據(jù)2102 工作面回風(fēng)巷掘進(jìn)及回采期間的不同支護(hù)需求，對(duì)其支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。在巷道掘進(jìn)期間，重視巷道的一次支護(hù)效果，全力維護(hù)圍巖的整體性，使外部支護(hù)與圍巖協(xié)同作用，形成統(tǒng)一的承載結(jié)構(gòu)[4]。

在巷道掘進(jìn)期間，支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)包括三個(gè)方面：一是在巷道頂板施工高預(yù)應(yīng)力組合錨索，從而提高頂板圍巖整體性和強(qiáng)度。二是對(duì)幫部煤體實(shí)施高強(qiáng)錨梁網(wǎng)支護(hù)，對(duì)幫部煤體進(jìn)行加固和控制，保持圍巖穩(wěn)定。三是在巷道中部實(shí)施單體液壓支柱配合鉸接頂梁支護(hù)，對(duì)巷道頂板中部易離層區(qū)域?qū)嵤┲攸c(diǎn)支護(hù)，避免頂板離層引發(fā)的冒頂事故。

在工作面回采期間，對(duì)于巷道的維護(hù)仍十分關(guān)鍵，鑒于2102 工作面回風(fēng)巷的特殊地質(zhì)生產(chǎn)條件，工作面回采期間還需要對(duì)圍巖碎裂區(qū)域?qū)嵤┒巫{加固，全面提高圍巖強(qiáng)度。同時(shí)，對(duì)進(jìn)入工作面超前壓力影響范圍的重點(diǎn)區(qū)域，還應(yīng)加強(qiáng)礦壓及支護(hù)監(jiān)測，并實(shí)施補(bǔ)強(qiáng)加固措施，避免局部失穩(wěn)破壞。

3.2 巷道修復(fù)支護(hù)方案設(shè)計(jì)

針對(duì)巷道修復(fù)工作，基于所做的巷道支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)分析，設(shè)計(jì)頂板使用單體錨索配合組合錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案，如圖1 所示。單體錨索規(guī)格Φ17.8 mm×8 300 mm，為礦方原設(shè)計(jì)的補(bǔ)強(qiáng)方案。除此之外，重點(diǎn)增設(shè)一組組合錨索，錨索規(guī)格為Φ17.8 mm×8 800 mm，錨索鉆孔間距2 000 mm，排距為3 500 mm，每排的兩根錨索斜向外15°打設(shè)，使用專用錨索連接器進(jìn)行固定，并施加不低于140 kN 的預(yù)緊力，使兩個(gè)錨索起到穩(wěn)固的錨固作用。頂部錨桿沿用原支護(hù)錨桿參數(shù)及間排距（1 000 mm×1 000 mm），螺紋鋼錨桿為Φ20 mm×2 500 mm，巷道頂板完整區(qū)域不作補(bǔ)強(qiáng)，頂板破碎漏網(wǎng)等區(qū)域按原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行補(bǔ)打錨桿即可。幫部基礎(chǔ)支護(hù)沿用原支護(hù)錨桿參數(shù)，煤柱側(cè)為Φ18 mm×2 000 mm 螺紋鋼錨桿，實(shí)體煤側(cè)為Φ20 mm×2 000 mm 玻璃鋼錨桿。補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施為：在實(shí)體煤側(cè)每兩根錨桿之間補(bǔ)打一根Φ20mm×2 000 mm 玻璃鋼錨桿，煤柱側(cè)在距頂板1 000 mm 處補(bǔ)打一根Φ18 mm×2 000 mm 螺紋鋼錨桿，并對(duì)破碎金屬網(wǎng)進(jìn)行修補(bǔ)。除了實(shí)施錨網(wǎng)索支護(hù)，還須在巷道內(nèi)進(jìn)行外部支護(hù)，沿巷道中心線對(duì)稱架設(shè)兩排單體液壓支柱+金屬鉸接頂梁支護(hù)，間距2 000 mm，排距1 200 mm。

圖1 巷道修復(fù)支護(hù)方案示意圖（單位：mm）

在工作面回采期間，需要再次對(duì)所修復(fù)的200 m巷道圍巖進(jìn)行加固，方案為超前工作面120～150 m實(shí)施注漿加固，每10 m 布置一組注漿孔，每組共6個(gè)注漿孔，頂板2 個(gè)，兩肩窩各1 個(gè)，兩幫各1 個(gè)，注漿孔打設(shè)3 m，使用水泥漿進(jìn)行注漿，注漿壓力控制在2～2.5 MPa。

4 工程實(shí)踐

按照所設(shè)計(jì)的支護(hù)方案對(duì)巷道實(shí)施修復(fù)后，著重加強(qiáng)了巷道表面位移觀測及支護(hù)效果觀測。修復(fù)后的觀測周期共45 d，在45 d 內(nèi)，巷道頂板下沉量累計(jì)達(dá)到186 mm，未觀測到頂板明顯離層及頂板漏冒、墜網(wǎng)現(xiàn)象。巷道兩幫移近量累計(jì)達(dá)到155 mm，鼓幫現(xiàn)象得到較好控制，煤柱側(cè)變形稍大，但整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，金屬網(wǎng)未出現(xiàn)破碎。在后期工作面回采過程中，當(dāng)巷道進(jìn)入工作面超前支承壓力影響范圍后，巷道圍巖變形量再次出現(xiàn)一次迅速增長期，礦方及時(shí)在巷道中部補(bǔ)打一排單體液壓支柱+金屬鉸接頂梁進(jìn)行支護(hù)，并對(duì)鼓幫區(qū)域?qū)嵤┤斯し琶杭敖饘倬W(wǎng)補(bǔ)連，有效緩解了礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)度，保障了巷道正常使用及工作面安全回采。

5 結(jié)語

針對(duì)特殊的修復(fù)工程，采用多種關(guān)鍵技術(shù)對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)，包括對(duì)頂板實(shí)施錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，對(duì)巷幫補(bǔ)打錨桿進(jìn)行支護(hù)，在巷道進(jìn)入回采服務(wù)期后再對(duì)巷道圍巖實(shí)施注漿加固，較好地契合了2102 工作面回風(fēng)巷的支護(hù)需求，在一定的支護(hù)成本投入后，成功實(shí)施了巷道修復(fù)并保障了后期使用，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的安全及技術(shù)目的。