柳長(zhǎng)榮

（山西柳林煤礦有限公司， 山西 呂梁 033300）

0 引言

煤礦巷道支護(hù)是對(duì)工作面圍巖控制的主要手段，支護(hù)方案和實(shí)施效果是保證綜采工作面生產(chǎn)安全性和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。巷道圍巖從硬度層面可以分為軟巖和硬巖兩種；與硬巖相比，軟巖具有可塑性、膨脹性、分散性等特點(diǎn)，其支護(hù)難度較大，也是煤礦建設(shè)和生產(chǎn)的難題[1]。目前，針對(duì)軟巖研究主要針對(duì)膨脹性軟巖、高應(yīng)力軟巖和節(jié)理形軟巖等集中類型，而對(duì)淺埋低強(qiáng)度軟巖的研究較少。本文將結(jié)合實(shí)踐生產(chǎn)對(duì)淺埋低強(qiáng)度軟巖巷道支護(hù)方案展開(kāi)研究，并對(duì)支護(hù)后的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

1 工程概況

所研究礦井的地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)平緩，平均傾角小于5°，煤層主要集中在地下54～115.25 m 的區(qū)域。經(jīng)探測(cè)，該礦井的涌水量最大可達(dá)5.618 L/s，滲透系數(shù)為90.27 m/d。巖層主要成分為中粗砂巖，最大地應(yīng)力為3 MPa，巖層屬于淺埋低應(yīng)力軟巖；礦井巖層大部分為巨厚巖層，與工作面井筒的走向相互交叉，在工作面實(shí)際開(kāi)采中會(huì)對(duì)其造成不利的影響；巖層的空隙率極大，最大孔隙率為28%；整體上講，巖層相對(duì)松散且具有較強(qiáng)的吸濕性。軟巖層中的含水量較大，平均含水率為9.992%。

2 軟巖巷道支護(hù)原則及方案實(shí)施

2.1 軟巖巷道支護(hù)原則

1）對(duì)軟巖巷道進(jìn)行超前支護(hù)。鑒于礦井軟巖巷道的圍巖強(qiáng)度較低，巷道開(kāi)挖后自穩(wěn)時(shí)間較短，極易發(fā)生塌方。因此，為了保證開(kāi)挖的安全性，需要提前采用管棚對(duì)其進(jìn)行超前支護(hù)。

2）鑒于礦井軟巖中巖層對(duì)應(yīng)的自穩(wěn)時(shí)間較短，因此對(duì)巷道進(jìn)行分別開(kāi)挖，并且根據(jù)巷道的支護(hù)間距確定開(kāi)挖步距，采用開(kāi)挖一段支護(hù)一段的方案實(shí)施。

3）由于軟巖的巖層相對(duì)較軟，在開(kāi)挖后遇到水和風(fēng)后需要對(duì)其進(jìn)行及時(shí)支護(hù)，及時(shí)支護(hù)通過(guò)在巖層表面噴射混凝土，避免圍巖的強(qiáng)度損失[2]。

4）為了避免軟巖巷道在開(kāi)挖后松動(dòng)圈進(jìn)一步被擴(kuò)展，因此在工作面開(kāi)挖后需要對(duì)巷道及時(shí)采用剛性支護(hù)，保證開(kāi)挖后圍巖塑性區(qū)域的穩(wěn)定性，避免圍巖整體被破壞。

2.2 軟巖巷道支護(hù)方案設(shè)計(jì)

2.2.1 超前管棚的設(shè)計(jì)

管棚主要用于對(duì)巷道的超前支護(hù)。本工程確定所采用管棚的具體規(guī)格參數(shù)如下：管棚的直徑為45 mm、長(zhǎng)度為2 500 mm，管棚之間的間距為300 mm。其中，要求在管棚重疊位置的長(zhǎng)度為1 000 mm。在管棚超前支護(hù)的基礎(chǔ)上為工作人員提供安全的工作環(huán)境[3]。

2.2.2 噴射混凝土方案設(shè)計(jì)

在圍巖表面噴射混凝土主要作用是避免圍巖在風(fēng)化和水化作用下強(qiáng)度損失嚴(yán)重。本工程所噴射混凝土由水泥、砂子、石子和速凝劑組成。其中水泥采用425 號(hào)普通硅酸鹽水泥，水泥、砂子和石子的質(zhì)量比為1∶2∶2；混凝劑質(zhì)量為水泥質(zhì)量的3%。以1 m3的混凝土為例，組成材料及數(shù)量如表1 所示。

表1 混凝土各組分及數(shù)量

在圍巖表面噴射混凝土外，在其表面安裝金屬網(wǎng)。本工程所采用金屬網(wǎng)的直徑為6.5 mm，每片金屬網(wǎng)的網(wǎng)格規(guī)格尺寸為100 mm×100 mm，根據(jù)巷道的尺寸，確定每片金屬網(wǎng)的規(guī)格尺寸為900 mm×1 600 mm。

采用金屬支架實(shí)現(xiàn)對(duì)軟巖巷道的剛性支護(hù)，所采用的金屬支架為25U 型鋼制作的直腿式半圓拱形支架，拱形的半徑為2 775 mm，支架腿的長(zhǎng)度為1 800 mm，支架的搭接長(zhǎng)度為500 mm。

最終軟巖巷道的支護(hù)效果如圖1 所示。

圖1 軟巖巷道支護(hù)效果示意圖（單位：mm）

2.3 支護(hù)工藝

在巷道進(jìn)行掘進(jìn)之前采用管棚對(duì)其進(jìn)行超前支護(hù)。超前支護(hù)完成后將前探梁前移，在架設(shè)U 型鋼支架的過(guò)程中鋪設(shè)好拱頂?shù)慕饘倬W(wǎng)，而后鋪設(shè)兩幫的金屬網(wǎng)片，最后將U 型鋼棚腿、拱架和棚腿采用卡子將其卡緊。

在實(shí)際噴射混凝土?xí)r，保證噴射厚度不小于60 mm，實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道圍巖的封閉處理；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巷道情況將混凝土一直噴射至綜掘機(jī)二運(yùn)的皮帶尾部[4]。

3 巷道的變形監(jiān)測(cè)

將上述支護(hù)方案按照相關(guān)工藝流程并參照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)在現(xiàn)場(chǎng)完成實(shí)施后，對(duì)巷道圍巖的支護(hù)方案控制效果進(jìn)行評(píng)估驗(yàn)證，主要通過(guò)對(duì)巷道表面變形和巷道深部圍巖的相對(duì)移動(dòng)兩方面進(jìn)行監(jiān)測(cè)。其中，采用JSS30A 型數(shù)顯收斂?jī)x對(duì)巷道表面變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)；采用YH-2010A 高智能型多點(diǎn)變形記對(duì)巷道深部圍巖的相對(duì)移動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)[5]。

3.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

為充分掌握軟巖巷道的支護(hù)效果，在主井和副井位置分別設(shè)置四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。其中在開(kāi)挖面前設(shè)置兩個(gè)監(jiān)測(cè)，在開(kāi)挖面后設(shè)置兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。所設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用十字交叉的方式在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行布置，具體如圖2 所示。

圖2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置效果（單位：mm）

3.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

對(duì)所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出監(jiān)測(cè)結(jié)果如表2 所示。

表2 巷道變形監(jiān)測(cè)結(jié)果

如表2 所示，軟巖巷道頂板和底板的相對(duì)變形量為14.768 mm，左、右兩幫分別向靠近巷道的方向移近9.055 mm。從整體上將軟巖巷道進(jìn)行支護(hù)后，工作面頂板、底板以及兩幫的變形量均控制在50 mm 以內(nèi)，說(shuō)明本次支護(hù)有效。

4 結(jié)論

1）所采用的臨時(shí)支護(hù)主要以管棚、25U 型鋼、金屬網(wǎng)以及初噴60 mm 的混凝土集中方式進(jìn)行。

2）所采用的永久支護(hù)主要是在上述臨時(shí)支護(hù)的基礎(chǔ)上再次噴射厚度為20 mm 的混凝土。

3）經(jīng)對(duì)支護(hù)后工作面的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，軟巖巷道頂板和底板的相對(duì)變形量為14.768 mm，左、右兩幫分別向靠近巷道的方向移近9.055 mm。從整體上將軟巖巷道進(jìn)行支護(hù)后，工作面頂板、底板以及兩幫的變形量均控制在50 mm 以內(nèi)，說(shuō)明本次支護(hù)有效。