吳曉明

（陜煤集團(tuán)銅川礦務(wù)局煤礦管理有限公司，陜西 銅川 727000）

引言

當(dāng)前我國很多煤礦已經(jīng)經(jīng)歷了多年的開采，面臨著中后期開采階段，特別是很多煤礦已經(jīng)進(jìn)入到深部開采階段，礦井整體賦存條件較為復(fù)雜，巷道不僅受到較大的地應(yīng)力作用，還受到較大的地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力影響。很多在淺部巷道支護(hù)中取得較好支護(hù)效果的支護(hù)方案，在深部高應(yīng)力條件下，表現(xiàn)出明顯的不適應(yīng)性。因此，在現(xiàn)階段的巷道深部支護(hù)過程中，需要充分研究巷道所處位置的地應(yīng)力環(huán)境，對(duì)巷道支護(hù)方案進(jìn)行綜合分析研究，才能更好提升巷道支護(hù)效果[1]。

1 工程概況

冶坪煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力280萬t/年，當(dāng)前主要開采的是3號(hào)煤層，煤層平均厚度為3.8 m。由于該煤礦已經(jīng)進(jìn)入到開采后期，整體地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，工作面最大埋深在750 m左右，屬于深部開采工作面，巷道設(shè)計(jì)斷面為矩形。從巷道所處地質(zhì)條件來看，直接頂巖性為砂巖，基本頂是粉砂巖，直接底巖性是泥巖，基本底巖性是粉砂巖。從工作面開采情況來看，區(qū)域構(gòu)造較為復(fù)雜，原支護(hù)設(shè)計(jì)為錨索網(wǎng)支護(hù)[2]。

從工作面開采情況來看，由于周邊有著較多的采空區(qū)，工作面巷道受到采空區(qū)側(cè)向支撐壓力的影響相對(duì)較大，特別是在鄰近工作面固定支撐壓力與地質(zhì)構(gòu)造的相互作用下，工作面巷道整體出現(xiàn)了較大的變形破壞。

2 巷道變形破壞特征及原因

從現(xiàn)場(chǎng)勘察情況來看，運(yùn)輸巷道整體已經(jīng)表現(xiàn)出較大的變形破壞。一方面，巷道頂板整體出現(xiàn)了較大面積的下沉，特別是其中還有著較多的褶皺變形問題，巷道底板也出現(xiàn)了明顯的鼓起，從現(xiàn)場(chǎng)勘察情況來看，最大變形量已經(jīng)超過了750 mm，在巷道的底板上已經(jīng)有了明顯的裂縫，同時(shí)，底板變形表現(xiàn)出明顯的不對(duì)稱性，距離工作面一側(cè)的底板整體變形相對(duì)較大。另一方面，巷道兩幫出現(xiàn)了明顯的收斂變形，距離采空區(qū)一側(cè)的幫部整體出現(xiàn)了明顯的變形，變形量相對(duì)于距離工作面一側(cè)的幫部要明顯大，整體的變形也表現(xiàn)出明顯的非對(duì)稱性[3]。

為了更好實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道的返修支護(hù)，本次對(duì)巷道出現(xiàn)的變形原因進(jìn)行了深入分析。從分析來看，首先是巷道所處位置地應(yīng)力較大。從現(xiàn)場(chǎng)勘察來看，水平應(yīng)力已經(jīng)成為了主應(yīng)力，測(cè)壓系統(tǒng)達(dá)到了1.3。雖然巷道圍巖整體強(qiáng)度較大，但是在如此高的應(yīng)力作用下，巷道圍巖開始表現(xiàn)出明顯的軟巖特征，出現(xiàn)了蠕變的特點(diǎn)，這也是巷道雖然進(jìn)行了多次返修，但是在較短的時(shí)間內(nèi)，巷道又出現(xiàn)了較大變形破壞的主要原因之一。其次，工作面運(yùn)輸巷道在先前的支護(hù)控制下，處于靜壓作用下，已經(jīng)表現(xiàn)出明顯的礦壓顯現(xiàn)，在工作面推進(jìn)的過程中，巷道不僅受到了較大的地應(yīng)力，同時(shí)超前支撐壓力、煤柱支撐壓力等出現(xiàn)了明顯的疊加效果，帶來了更為明顯的礦壓顯現(xiàn)。此外，從運(yùn)輸巷的受力情況來看，不僅有周邊采空區(qū)的側(cè)向支撐壓力，同時(shí)還有著斷層構(gòu)造應(yīng)力、采動(dòng)超前支撐壓力等各種類型次生應(yīng)力的疊加影響，導(dǎo)致整個(gè)巷道出現(xiàn)了明顯的兩幫內(nèi)移、頂板大面積下沉、底板大面積隆起等問題，嚴(yán)重影響到巷道的正常使用。從這些巷道變形情況來看，表明巷道支護(hù)已經(jīng)失效，原有支護(hù)方案明顯不能有效控制巷道的穩(wěn)定性，需采取針對(duì)性的返修支護(hù)方案，對(duì)巷道支護(hù)情況進(jìn)行全面的優(yōu)化和提升。

3 巷道返修支護(hù)分析

在工作面推進(jìn)的過程中，運(yùn)輸巷道處于多次擾動(dòng)后產(chǎn)生的次生高應(yīng)力場(chǎng)中，從理論分析、現(xiàn)場(chǎng)勘察情況來看，屬于較為典型的復(fù)雜高應(yīng)力巷道。在本次返修時(shí)，根據(jù)巷道所處的圍巖條件、應(yīng)力環(huán)境，提出了非對(duì)稱性、高剛度、高強(qiáng)度的巷道返修支護(hù)方案。在該方案實(shí)施時(shí)，將該方位分析了工作面A、B兩種斷面相間布置的方式，兩種斷面之間排距設(shè)計(jì)為800 mm。返修支護(hù)如圖1所示。

圖1 巷道返修支護(hù)示意圖

斷面A支護(hù)參數(shù)為：在巷道的兩幫設(shè)計(jì)采用高強(qiáng)度錨桿支護(hù)，將支護(hù)長度從1.8 m，延長為2.4 m，具體參數(shù)為：Φ18 mm×2.4 m，同時(shí)，在錨桿支護(hù)端部使用了樹脂錨固劑，全面加上錨固的長度，間排距設(shè)計(jì)為850 mm。為了提升支護(hù)的整體性，選擇使用異形鋼帶將錨桿進(jìn)行全面連接。在巷道的頂板設(shè)計(jì)采用錨索支護(hù)，直徑從17.8 mm增加為21.6 mm，長度從5.8 m延長為7 m，間排距設(shè)計(jì)為1000 mm，并選擇使用樹脂錨固劑，實(shí)現(xiàn)加長錨固的效果。為了更好提升錨索支護(hù)效果，本次返修時(shí)，選擇使用W型鋼帶實(shí)現(xiàn)對(duì)錨索的全面連接。從而在巷道的表明，形成一個(gè)支護(hù)范圍更大、強(qiáng)度更強(qiáng)、整體性更廣的支護(hù)“殼體”，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)巷道表層的有效強(qiáng)化，同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)深部巷道穩(wěn)定性圍巖作用的有效利用，更好保障了巷道支護(hù)效果。

斷面B支護(hù)參數(shù)為：考慮到與A斷面支護(hù)形成相互協(xié)調(diào)、適當(dāng)讓壓、控制變形的支護(hù)效果。在B斷面支護(hù)時(shí)，對(duì)支護(hù)強(qiáng)度進(jìn)行了一定的降低，確保巷道內(nèi)高應(yīng)力在保證支護(hù)效果的前提下，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部高應(yīng)力的適當(dāng)釋放，不僅降低了巷道支護(hù)的成本，同時(shí)也提升了巷道支護(hù)的安全性。具體支護(hù)情況為，在巷道頂板進(jìn)行錨索支護(hù)，參數(shù)為Φ17.8 mm×4000 mm，間排距設(shè)計(jì)為1000 mm，同時(shí)選擇使用W型鋼帶，實(shí)現(xiàn)與A斷面相鄰錨索的有效連接。對(duì)于距離工作面相對(duì)較近的巷道幫部，本次設(shè)計(jì)采用錨索與錨桿聯(lián)合支護(hù)的方式進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)，間距設(shè)計(jì)為850 mm。錨桿支護(hù)參數(shù)為Φ18 mm×2400 mm，錨索支護(hù)參數(shù)為：Φ17.8 mm×4000 mm。不論是錨桿還是錨索均選擇使用W鋼帶與A斷面的錨桿、錨索支護(hù)的全面連接。對(duì)于距離斷層相對(duì)較近的巷道幫部，設(shè)計(jì)采用錨桿支護(hù)，參數(shù)為：Φ18 mm×2400 mm。

4 巷道返修支護(hù)效果

為了對(duì)巷道采取非對(duì)稱性、高剛度、高強(qiáng)度的巷道返修支護(hù)方案后，巷道整體穩(wěn)定性效果控制情況進(jìn)行全面分析，本次在返修后，設(shè)置了三組礦壓觀測(cè)站，對(duì)巷道整體的情況進(jìn)行分析，其中，站1主要是對(duì)工作面回采過程中巷道圍巖變形量進(jìn)行觀測(cè)，站2和站3對(duì)工作巷道掘進(jìn)過程中巷道圍巖變形量進(jìn)行觀測(cè)。因?yàn)楣ぷ髅鎰傔M(jìn)入到正式回采階段，所以，這三個(gè)站點(diǎn)在測(cè)量過程中，整體受到了較大的采動(dòng)影響，本次觀察得到的數(shù)值均是巷道掘進(jìn)過程中巷道圍巖的變形量。觀測(cè)情況如圖2所示。

圖2 巷道返修支護(hù)后巷道表面位移變化圖

從圖2可知，巷道頂板和底板整體的變形量相對(duì)較大，同時(shí)在距離掘進(jìn)頭大約80 m的位置整體變的穩(wěn)定。頂板和底板的最大變形量在110mm到120mm。巷道兩幫整體的變形量相對(duì)較小，在距離掘進(jìn)頭70 m的位置，整體趨于穩(wěn)定，兩幫的最大收斂量在100 mm到110 mm。從測(cè)量情況來看，兩幫移近量主要聚焦在距離斷層較近的位置。從頂板和底板的相對(duì)移近量來看，主要是頂板的下沉量為主。這充分表明，在多種類型的疊加應(yīng)力作用下，巷道圍巖整體變形表現(xiàn)出較為突出的非對(duì)稱變形特點(diǎn)。

從本次觀察情況來看，在返修之后，巷道整體的變形量出現(xiàn)了較為明顯的下降，下降的幅度超過了70%，其中頂板和底板的相對(duì)移近量從500 mm減少到120 mm左右。兩幫的相對(duì)移近量從800 mm下降到110 mm左右。從這些數(shù)據(jù)可看出，在選擇使用了全新的支護(hù)方案后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)巷道圍巖整體變形量的有效控制。

5 結(jié)語

本次通過對(duì)煤礦工作面所處圍巖條件、應(yīng)力環(huán)境進(jìn)行分析，針對(duì)性提出了非對(duì)稱性、高剛度、高強(qiáng)度的巷道返修支護(hù)方案，有效控制了巷道大變形破壞。因此，煤礦需要充分認(rèn)識(shí)到當(dāng)前巷道支護(hù)環(huán)境出現(xiàn)的變化，全面綜合分析巷道所處的環(huán)境特點(diǎn)，采取針對(duì)性的優(yōu)化和提升措施，全面優(yōu)化巷道支護(hù)方案，更好保證巷道支護(hù)效果。