劉瑞生

（山西省汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司雙柳煤礦， 山西 柳林 033300）

0 引言

將巷道布置在煤層中，不僅可回收部分煤炭資源還可提高巷道掘進(jìn)效率、減少井下矸石產(chǎn)量，同時(shí)煤巷采用綜掘方式掘進(jìn)，掘進(jìn)自動(dòng)化程度較高、掘進(jìn)速度快。巷道斷面一般為矩形，當(dāng)巷道圍巖破碎或者圍巖巖性穩(wěn)定性較差時(shí)，如何有效控制圍巖變形是巷道掘進(jìn)期間需重點(diǎn)解決問(wèn)題[1-4]。一般情況下，對(duì)于破碎巷道圍巖支護(hù)多采用工字鋼架棚或者U 型鋼方式，存在支護(hù)成本高、圍巖變形適應(yīng)性差以及后續(xù)頻繁修整等問(wèn)題；部分礦井綜合使用錨網(wǎng)索+圍巖支護(hù)方式，需要鉆進(jìn)多個(gè)注漿鉆孔且注漿工程量較大，支護(hù)成本高[5-8]。本文以1502 回風(fēng)巷為工程實(shí)例，優(yōu)化巷道支護(hù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)破碎巷道圍巖有效控制。

1 1502 回風(fēng)巷概況

1502 回風(fēng)巷沿著開(kāi)采的5 號(hào)煤層底板掘進(jìn)，矩形斷面（規(guī)格為4.2 m×3.2 m），采用綜掘工藝，錨網(wǎng)索方式支護(hù)圍巖，設(shè)計(jì)掘進(jìn)總長(zhǎng)度為2 550 m。5 號(hào)煤層為典型的三軟煤層，煤層厚度3.2 m，依據(jù)其他鄰近采面煤炭開(kāi)采以及回采巷道掘進(jìn)顯示，煤層及頂?shù)装辶严栋l(fā)育強(qiáng)度較低。根據(jù)已有地質(zhì)資料顯示，在1502回風(fēng)巷掘進(jìn)至1 205～1 303 m 范圍內(nèi)，會(huì)揭露有F11、F12、F15 等多條斷層影響，巷道圍巖受斷層影響較為明顯，圍巖破碎程度會(huì)進(jìn)一步增加。具體1502 回風(fēng)巷掘進(jìn)過(guò)程中揭露的斷層參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 1502 回風(fēng)巷掘進(jìn)期間揭露部分?jǐn)鄬訁?shù)

2 巷道圍巖變形特征分析

2.1 巷道原支護(hù)參數(shù)

1502 回風(fēng)巷采用錨網(wǎng)索支護(hù)工藝，支護(hù)斷面如圖1 所示。頂板用Φ20 mm×2 000 mm 螺紋鋼錨桿，間排距為1 000 mm、1 500 mm，每排4 根；錨桿支護(hù)配合使用規(guī)格120 mm×120 mm×10 mm 鋼托盤；護(hù)表用網(wǎng)孔50 mm×50 mm，長(zhǎng)寬分別為1 000 mm、3 500 mm。每排2 根規(guī)格Φ18.9 mm×7 300 mm，間排距為1 500 mm、3000 mm，端頭外漏長(zhǎng)度250 mm。頂板錨桿采用T140/28-3600 鋼帶連接，提高頂板表面支護(hù)強(qiáng)度。巷幫3 根Φ18 mm×1 800 mm 螺紋鋼錨桿，上部、下部錨桿與頂、底板間距均控制在600 mm；用長(zhǎng)2 550 mm、寬2 000 mm 塑料篩網(wǎng)護(hù)表。在1502 回風(fēng)巷掘進(jìn)至1 205～1 303 m 范圍內(nèi)時(shí)，由于巷道圍巖破碎，因此輔助采用11 號(hào)工字鋼組成架棚進(jìn)行護(hù)表，支護(hù)棚距控制在1 m。

圖1 巷道原支護(hù)斷面（單位：mm）

2.2 巷道圍巖變形分析

在1502 回風(fēng)巷掘進(jìn)至圍巖破碎帶范圍內(nèi)，布置測(cè)點(diǎn)對(duì)圍巖變形進(jìn)行為期20 d 監(jiān)測(cè)，具體結(jié)果見(jiàn)圖2。從圖2 監(jiān)測(cè)結(jié)果看出，在監(jiān)測(cè)期間頂板累計(jì)變形量可接近18.11 cm，最大下沉速度為0.05 cm/d；兩幫最大變形量為57.58 cm，最大變形速度達(dá)到17.3 cm/d。從1502 回風(fēng)巷圍巖變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，1502 回風(fēng)巷在圍巖破碎帶期間掘進(jìn)時(shí)圍巖變形量整體較大且長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法收斂，原有的巷道圍巖支護(hù)方案難以滿足使用需要。

圖2 巷道破碎圍巖段變形監(jiān)測(cè)曲線

1502 回風(fēng)巷在圍巖破碎、構(gòu)造應(yīng)力等多重因素綜合作用下導(dǎo)致圍巖變形量整體較大，部分位置出現(xiàn)支護(hù)用鋼帶變形嚴(yán)重甚至部分區(qū)段有支護(hù)體系失效征兆，具體現(xiàn)場(chǎng)圍巖變形情況見(jiàn)圖3。礦井管理人員及技術(shù)人員通過(guò)綜合分析，并結(jié)合鄰近礦井此類巷道圍巖控制經(jīng)驗(yàn)，提出增強(qiáng)圍巖支護(hù)體系強(qiáng)度+圍巖注漿+工字鋼架棚方式進(jìn)行圍巖支護(hù)，通過(guò)強(qiáng)化圍巖支護(hù)強(qiáng)度達(dá)到控制圍巖變形的目的。

圖3 1502 回風(fēng)巷現(xiàn)場(chǎng)圍巖變形情況

3 圍巖支護(hù)參數(shù)優(yōu)化及優(yōu)化后效果分析

3.1 支護(hù)參數(shù)

1502 回風(fēng)巷圍巖變形較大的主要原因?yàn)樵兄ёo(hù)參數(shù)無(wú)法與破碎圍巖條件相適應(yīng)，因此，提出增加錨桿及錨索長(zhǎng)度、支護(hù)密度，注漿方式提升破碎圍巖承載能力及抗變形能力，結(jié)合原有的工字鋼架棚提高巷道表面支護(hù)強(qiáng)度[9]。具體優(yōu)化后的錨網(wǎng)索布置斷面見(jiàn)圖4。

圖4 優(yōu)化后巷道支護(hù)斷面（單位：mm）

頂板每排布置5 根規(guī)格Φ20 mm×2 500 mm 螺紋鋼錨桿，近巷幫的錨桿外插10°，錨固1 500 mm，間排距900 mm、1 000 mm，施加45 kN 預(yù)緊力；巷幫按1 200 mm、1 000 mm 間排距布置3 根與頂板一致的錨桿，錨固600 mm，施加30 kN 預(yù)緊力。頂板2 根規(guī)格Φ18.9 mm×8 300 mm 錨索，錨索均有10°外插角，按照3 200 mm、2 000 mm 間排距布置，錨固長(zhǎng)度控制在1 500 mm，支護(hù)后施加100 kN 預(yù)緊力。巷道圍巖仍采用工字鋼按照1 m 棚距組成架棚強(qiáng)化圍巖支護(hù)。

為提高破碎圍巖穩(wěn)定性并降低圍巖控制工程量，在巷道頂板上布置注漿鉆孔對(duì)頂板進(jìn)行加固，在巷道頂板中線位置位于2 排錨桿間布置1 個(gè)注漿鉆孔，鉆孔孔深均為3 500 mm，注漿用水灰質(zhì)量比1∶1.6 的水泥漿，并添加速凝劑改善注漿漿液性能，注漿壓力控制在3～5 MPa。

3.2 支護(hù)優(yōu)化后圍巖控制效果

將支護(hù)優(yōu)化后的圍巖支護(hù)方案進(jìn)行工程應(yīng)用，并對(duì)巷道頂板及巷幫變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具體結(jié)果見(jiàn)圖5。從圖5 中看出，支護(hù)完成后15 d 變形基本穩(wěn)定，頂板、巷幫最大位移量分別為30 mm、75 mm，圍巖變形較小。在1502 回風(fēng)巷圍巖破碎帶采用文中所述優(yōu)化支護(hù)方案后，巷道在后續(xù)使用過(guò)程中基本不需要修整，巷道斷面始終滿足行人以及通風(fēng)等需要，實(shí)現(xiàn)了破碎圍巖巷道有效控制。

圖5 支護(hù)參數(shù)優(yōu)化后巷道圍巖變形曲線

4 結(jié)語(yǔ)

1502 回風(fēng)巷沿著5 號(hào)煤層底板掘進(jìn)，煤層及頂?shù)装灞旧硭绍浨页休d能力較差，在正常地質(zhì)段采用錨網(wǎng)索+工字鋼架棚方式可實(shí)現(xiàn)圍巖控制，但是巷道掘進(jìn)至1 205～1 303 m 范圍時(shí)，由于區(qū)間發(fā)育有多個(gè)斷層，圍巖破碎，巷道圍巖變形較大。對(duì)1502 回風(fēng)巷在破碎圍巖段圍巖變形特征進(jìn)行分析，提出以提升支護(hù)體系支護(hù)強(qiáng)度以及圍巖自身承載能力為核心的圍巖支護(hù)優(yōu)化方案，具體提高錨桿及錨索長(zhǎng)度以及布置密度、頂板注漿加固。對(duì)支護(hù)優(yōu)化方案進(jìn)行設(shè)計(jì)并進(jìn)行工程應(yīng)用，結(jié)果表明優(yōu)化后的支護(hù)方案可實(shí)現(xiàn)破碎圍巖有效控制，頂板及巷幫最大變形量均在30～75 mm以內(nèi)，可滿足巷道使用需要。