王鵬飛

（山西焦煤霍州煤電集團(tuán)呂臨能化有限公司，山西 霍州 031400）

1 工程概況

龐龐塔煤礦701 工作面設(shè)計長度1330 m，開采煤層厚5.7～8.9 m，平均厚度7.2 m。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般含夾矸3～5 層，夾矸厚為0～1.51 m，平均厚度0.72 m，煤層傾角為14°～18°，平均傾角15°。采用ZY1300-26-55 型兩柱掩護(hù)式液壓支架一次采全高綜采技術(shù)。701 工作面地面標(biāo)高1194～1307 m，工作面標(biāo)高905～930 m，順槽巷道為矩形斷面，斷面尺寸為寬×高=5.4 m×4.1 m，切巷尺寸為寬×高=9.3 m×4.0 m。701 工作面位置情況如圖1。

圖1 701 工作面位置示意圖（m）

煤層直接頂為石灰?guī)r，含有較高的泥質(zhì)成分，節(jié)理發(fā)育，厚約16 m。煤層底板為砂質(zhì)泥巖，平均厚度3 m。

2 存在的問題

2.1 發(fā)現(xiàn)問題過程

當(dāng)7012 巷掘進(jìn)至860 m 位置時，巷道頂板周圍巖層出現(xiàn)風(fēng)化并變很松軟，煤體硬度降低、易碎，巷道頂板出現(xiàn)大量鼓包，新揭露頂板節(jié)理出現(xiàn)裂隙，產(chǎn)生離層現(xiàn)象。7011 巷掘進(jìn)至1100 m 位置時，頂板出現(xiàn)了7012 巷的類似情況。分析其原因應(yīng)該為工作面東側(cè)的風(fēng)氧帶已影響到整個工作面。

在7012 巷道1310～1330 m 范圍內(nèi)施工巷道頂板巖性探測孔，用YTJ20 型頂板巖性探測記錄儀進(jìn)行記錄。頂板向上0～2.2 m 位置為泥化巖層，強(qiáng)度非常低，泥化頂板巖層遇水可軟化為泥漿；頂板向上2.2～6.0 m 位置為泥巖，裂隙較發(fā)育，有空洞現(xiàn)象；頂板向上6.0～12.5 m 為黑色泥巖，0～2 層硬質(zhì)夾矸，硬度高；頂板12. 5～15.0 m 為砂質(zhì)和砂巖，硬度中等。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可知，701 工作面切巷頂板易破碎，為典型軟巖頂板。

2.2 問題產(chǎn)生的原因分析

（1）巷道頂板巖層結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變。直接頂以泥巖為主，砂質(zhì)泥巖為輔，且含有夾矸狀黃泥，裂隙發(fā)育，局部出現(xiàn)空洞。

（2）錨桿和錨桿索錨固效果不佳，錨固力達(dá)不到設(shè)計要求。巷道頂板0～3 m 段，外表粗糙，呈深灰色，為黃色泥巖，頂板泥巖風(fēng)氧化成發(fā)軟、發(fā)潮不沾手的淺黃色殘粘土，錨桿錨固劑與圍巖之間界面粘結(jié)能力較弱，2500 mm 錨桿抗拉拔力基本上都小于18 kN，錨桿的錨固區(qū)失效；錨索孔成孔困難，塌孔和堵孔問題嚴(yán)重，錨索錨固失效。

（3）大跨度切巷圍巖變形較大，支護(hù)更加有難度。切巷斷面設(shè)計寬度×高度=9.5 m×4.0 m，屬于大跨度大斷面巷道，巷道中部張拉應(yīng)力較大，巷道兩幫頂角部位剪應(yīng)力較大，巷道軟巖本身抗壓強(qiáng)度低，自穩(wěn)能力差，來壓快，變形大，容易引起周圍破碎頂板的冒落。

3 巷道圍巖強(qiáng)化及支護(hù)方案分析[1-6]

3.1 巷道圍巖注漿加固方案設(shè)計

（1）注漿材料選擇。切巷頂板為易破碎的軟巖頂板，支護(hù)前需要先注漿加固頂板。注漿材料選擇采用普通水泥-水玻璃雙液漿，水泥材料為PO42.5級以上的硅酸鹽水泥，水玻璃濃度為40～45 °Bé。水泥漿與水玻璃體積比為=0.2:1.0，水泥漿水灰比為0.9:1.0，注漿壓力為0.2～0.5 MPa，注漿鉆孔直徑Ф32 mm，采用直徑Ф42 mm 的鉆頭掏孔，安裝專用封孔器進(jìn)行封孔。

（2）注漿孔設(shè)計。按照超前預(yù)注漿流程，在切巷掘進(jìn)面和擴(kuò)刷側(cè)頂板施工注漿鉆孔，采用深孔-短孔組合方式，提高頂板注漿時的均勻性和平穩(wěn)性。切巷頂板注漿孔設(shè)計如圖1。掘進(jìn)面區(qū)域的注漿孔按“三三”布置，左側(cè)孔為Ф32 mm×4000（深）mm，孔角度30°，中間孔為Ф32 mm×（深）6000 mm，孔角度60°，右側(cè)孔為Ф32 mm×（深）4000 mm，孔角度30°，間排距為2000 mm×3000 mm。擴(kuò)刷區(qū)注漿孔采用深孔-短孔間隔布置方式，注漿深孔深度8000 mm，孔角度60°，注漿短孔深度4000 mm，孔角度30°，孔間距為2000 mm。頂板注漿孔設(shè)計如圖2。

圖2 切巷頂板注漿孔設(shè)計（mm）

3.2 巷道支護(hù)方案

切巷頂板設(shè)計采用“全錨索”支護(hù)技術(shù)，如圖3。

圖3 切巷斷面支護(hù)設(shè)計（mm）

一次掘進(jìn)期間，切巷頂板錨索使用Ф21.8 mm×10 300 mm 的鋼絞線，托盤規(guī)格300 mm×300 mm×16 mm，“六六”布置，間距1000 mm，排距800 mm，充填K2335、Z2360 樹脂錨固劑各2 支，錨索預(yù)緊力不小于200 kN，每排錨索架設(shè)W 型鋼帶（長5.3 m，每條鋼帶6 孔，孔距1000 mm）。幫部錨桿選用規(guī)格Ф22 mm×2000 mm 樹脂高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，間距1500 mm，排距800 mm，“三·三”布置，充填K2335、Z2360 樹脂錨固劑各1 支，錨桿錨固力不小于120 kN，待擴(kuò)刷側(cè)選用Ф22 mm×2000 mm 型玻璃鋼錨桿。

二次擴(kuò)刷期間，切巷頂板錨索使用Ф21.8 mm×10 300 mm 的鋼絞線，托盤規(guī)格300 mm×300 mm×16 mm，“五·五”布置，間距9000 mm，排距800 mm，切巷頂板中部施工桁架錨索，錨索使用Ф21.8 mm×12 300 mm 的鋼絞線配合槽鋼，托盤規(guī)格300 mm×300 mm×16 mm，“二·二”布置，角度70°，間距2000 mm，排距800 mm，桁架錨索與普通錨索交替平行布置。

4 效果分析

4.1 注漿效果分析

一次掘進(jìn)期間和二次擴(kuò)刷前，累計施工注漿孔262 個，施工用時95 d，注漿水泥用量約153 t，注漿水玻璃用量約26.7 t。

（1）鉆孔窺視。在701 切巷通尺25 m、40 m、61 m、80 m、100 m、150 m、205 m 處位置施工頂板注漿窺視孔，布置ZKXG30 礦用鉆孔軌跡檢測裝置，注漿后鉆孔窺視如圖4。切巷頂板注漿后，漿液較好地注入到泥巖巖層的孔隙、裂隙和空洞之中，漿液硬化后與破碎泥巖形成整體；鉆孔孔壁光滑，成孔效果好，注漿后可有效減少錨索孔塌孔和堵孔問題；漿液集中在頂板以上0.8～6.8 m 巖層中，注漿過程中，漿液主要沿水平方向擴(kuò)散。

圖4 注漿后鉆孔窺視圖

（2）錨索現(xiàn)場抗拉拔力試驗。在切巷二次擴(kuò)刷前，現(xiàn)場隨機(jī)選擇已施工的12 根錨索進(jìn)行抗拉拔力測試。從測試數(shù)據(jù)可知，12 根錨索的拉拔力均位于255～315 kN 之間。由此可知，切巷頂板注漿后，錨索拉拔力達(dá)到設(shè)計承載載荷值，錨索錨固效果理想，保障巷道圍巖的穩(wěn)定。

4.2 巷道圍巖變形規(guī)律分析

切巷巷道圍巖變形量觀測采用“十字”布點(diǎn)法，對切巷巷道頂板下沉量、底鼓量、頂?shù)装逡平亢兔簬凸钠鹆窟M(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如圖5。

圖5 巷道圍巖變形曲線

在一次掘進(jìn)期間共施工14 d 后，切巷巷道圍巖變形情況整體上趨于穩(wěn)定，頂板下沉量18 mm，底鼓量8 mm，頂?shù)装遄畲笠平?7 mm，煤幫鼓起量36 mm；二次擴(kuò)刷期間，切巷巷道受二次采動影響，頂板跨度變大，巷道變形在擴(kuò)刷后14 d，切巷巷道圍巖變形再次趨于穩(wěn)定，頂板下沉量44 mm，底鼓量21 mm，頂?shù)装遄畲笠平?9 mm，煤幫鼓起量58 mm。監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果表明：701 工作面切巷軟巖頂板采用注漿加固技術(shù)和頂板全錨索支護(hù)方案后，能有效控制巷道圍巖的變形量，保障開采的安全性和可靠性。