陳 帥

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晟泰能源投資有限公司機(jī)電安裝分公司，山西 臨汾 043500）

陷落柱作為煤礦井下生產(chǎn)中的一種特殊地質(zhì)構(gòu)造形式，一直是影響礦井生產(chǎn)，特別是巷道掘進(jìn)作業(yè)的重要因素之一[1-2]。在井下巷道的掘進(jìn)作業(yè)中，一旦遭遇陷落柱應(yīng)力影響區(qū)，若無法采取有效支護(hù)措施，必將影響巷道的正常掘進(jìn)和安全使用[3-4]。因此，以長平礦4321 綜放工作面43211 巷過陷落柱區(qū)域?yàn)楸尘?，采用“注漿加固+錨網(wǎng)帶支護(hù)+架棚”的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)并取得成功，為礦井的安全生產(chǎn)提供保障。

1 工程概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)長平礦4321 工作面整體東高西低，工作面標(biāo)高+475～+502 m，煤層總厚度為5.73 m，煤層傾角0°～2°，平均為1°，可采儲(chǔ)量99.8 萬t。該工作面回采巷道掘進(jìn)中局部頂板節(jié)劈理發(fā)育，煤體疏松破碎，其中43211 巷掘進(jìn)到364 m 左右揭露DX214 陷落柱，該陷落柱長軸約72 m，短軸約65 m，在巷道內(nèi)的影響長度約65 m，過陷落柱區(qū)域的支護(hù)效果會(huì)對巷道的掘進(jìn)和安全使用產(chǎn)生極大影響。DX214 陷落柱分布如圖1。

圖1 DX214 陷落柱分布圖

2 數(shù)值模擬分析

為研究43211 巷過陷落柱的合理支護(hù)方案，采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件對支護(hù)方案進(jìn)行模擬，結(jié)合長平礦4321 工作面地質(zhì)概況，建立數(shù)值模型。其支護(hù)技術(shù)數(shù)值模擬研究方案主要包含以下兩個(gè)方面：

（1）超前預(yù)注漿加固后開挖。根據(jù)超前預(yù)注漿加固設(shè)計(jì)方案，將巷道輪廓外圍半徑4 m 范圍內(nèi)作為注漿加固圈，對矩形巷道進(jìn)行開挖模擬。

（2）注漿加固+錨網(wǎng)帶支護(hù)。在巷道圍巖預(yù)注漿加固的基礎(chǔ)上，采用錨網(wǎng)帶支護(hù)的設(shè)計(jì)方案，巷道頂板采用6 根D22×L2800 mm 的高強(qiáng)度錨桿，兩根L6300 mm 錨索，巷道兩幫分別采用3 根D22×L2800 mm 的高強(qiáng)度錨桿，托盤尺寸為280 mm×400 mm。

圖2 為數(shù)值模擬巷道圍巖垂直應(yīng)力云圖。由圖2 可知，在由超前預(yù)注漿加固→“注漿加固+錨網(wǎng)帶支護(hù)”的過程中，應(yīng)力釋放率逐漸減小，應(yīng)力集中范圍減小，巷道兩幫的應(yīng)力值增大。采用“注漿加固+錨網(wǎng)帶支護(hù)”的加固方案，在超前預(yù)注漿改善圍巖力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步控制了圍巖的應(yīng)力集中現(xiàn)象，有利于巷道順利通過DX214 陷落柱。

圖2 巷道垂直應(yīng)力云圖

3 過陷落柱支護(hù)方案

根據(jù)揭露的DX214 陷落柱現(xiàn)場圍巖極度破碎的實(shí)際情況，結(jié)合模擬分析，提出“注漿加固+錨網(wǎng)帶支護(hù)+架棚”的聯(lián)合支護(hù)方案進(jìn)行巷道支護(hù)。

3.1 注漿加固方案

注漿材料：采用雙液注漿材料，注漿水灰比為0.8:1。注漿過程中漏漿嚴(yán)重時(shí)可適當(dāng)降低漿液水灰比，最低控制在0.7:1，注漿封孔水灰比為0.6:1。

注漿壓力：3#煤層埋深大于500 m，根據(jù)注漿地層深度計(jì)算的最低設(shè)計(jì)注漿壓力為8 MPa?？紤]注漿過程造成注漿壓力的損失，最終注漿的壓力選取10～15 MPa。

注漿孔設(shè)計(jì)：為了使?jié){液完全擴(kuò)散到破碎孔隙中，雙液注漿材料漿液擴(kuò)散半徑取3.0 m。其注漿孔布置如圖3。

圖3 注漿孔布置圖（mm）

3.2 錨網(wǎng)帶支護(hù)方案

（1）錨固支護(hù)設(shè)計(jì)

① 巷道頂板及兩幫采用高強(qiáng)度螺紋鋼預(yù)應(yīng)力錨桿，錨桿長2.4 m，巷道頂板錨桿間距0.9 m，排距1 m，幫錨桿間距1.1 m，排距1 m，每個(gè)錨桿孔使用兩支錨固劑，一支為MSK2335 樹脂錨固劑，另一支為MSZ2360 樹脂錨固劑。

② 采用網(wǎng)孔50 mm×50 mm、面積1.4 m×3.2 m 的鋼塑復(fù)合網(wǎng)護(hù)表，錨網(wǎng)的所有結(jié)點(diǎn)焊接在一起，使其有較高的整體性。

③ 錨索作為錨固支護(hù)中的加強(qiáng)支護(hù)體，可進(jìn)一步提高組合梁的抗拉、抗剪能力，從而提高淺部圍巖的自承載能力。

（2）施工工藝過程

① 掘巷：按照巷道施工斷面要求掘進(jìn)。

② 頂板錨桿支護(hù)：錨桿孔深為2690～2710 mm。掘進(jìn)迎頭最大控頂距不超過1 m。利用錨桿鉆機(jī)攪拌樹脂藥卷，中途不得間斷，預(yù)緊力矩＞120 N·m。

③ 頂板錨索支護(hù)：按照設(shè)計(jì)要求安裝完6 根頂錨桿之后，安裝6.3 m 錨索，錨索鉆孔深度要求5990～6010 mm。

④ 幫錨桿支護(hù)：按照設(shè)計(jì)方案從上往下依次施工幫錨桿鉆孔，安裝幫錨桿，其錨桿鉆孔深度要求2690～2710 mm。

3.3 架棚支護(hù)方案

43211 巷架棚材料和參數(shù)：

梁：12#工字鋼梁，規(guī)格為4300 mm；

腿：U25 鋼，上腿長度為1800 mm、下腿長度為2000 mm；

拉桿：Φ16 mm×1080 mm 金屬拉桿；

卡纜：U 型鋼支架限位卡纜；

背板：1400×（100～200）×（30～50） mm。

棚距：1200 mm。

4 現(xiàn)場試驗(yàn)及效果考察

4.1 巷道變形觀測

對43211 巷陷落柱區(qū)域聯(lián)合支護(hù)段進(jìn)行30 d 的礦壓監(jiān)測，分別對巷道頂板下沉量、兩幫移近量進(jìn)行測量，結(jié)果如圖4。30 d 內(nèi)頂?shù)装蹇偸諗苛繛?71 mm，巷道開挖支護(hù)21 d 后，頂?shù)装迨諗苛口呌诜€(wěn)定，30 d 內(nèi)巷道兩幫累計(jì)收斂量為109 mm，巷道變形量小，滿足正常使用要求。

圖4 巷道位移變化圖

4.2 支護(hù)體受力監(jiān)測

在43211 巷布置一個(gè)錨桿、錨索受力監(jiān)測測站，測站布置3 個(gè)錨桿測力計(jì)，2 個(gè)錨索測力計(jì)。

受力監(jiān)測曲線如圖5 所示，錨桿初期受力在30～40 kN 之間，穩(wěn)定后的受力在140～170 kN 之間。錨索初期受力位于140～200 kN 之間，隨著時(shí)間的延長，錨索受力增加至260～350 kN，錨桿和錨索受力處于合理的范圍之內(nèi)。

圖5 支護(hù)體受力監(jiān)測曲線

5 結(jié)論

結(jié)合現(xiàn)場情況和模擬結(jié)果，提出43211 巷過DX214 陷落柱的“注漿加固+錨網(wǎng)帶支護(hù)+架棚”聯(lián)合支護(hù)方案。采用該方案后，巷道頂?shù)装蹇偸諗苛繛?71 mm，兩幫累計(jì)收斂量為109 mm，巷道變形量小，錨桿受力在140～170 kN 之間，錨索受力在260～350 kN 之間，錨桿和錨索受力處于合理的范圍之內(nèi)，方案取得良好效果。