王 輝

(潞安化工集團(tuán) 寺家莊煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西 晉中 045300)

1 工程概況

15119 工作面回風(fēng)巷從中央盤區(qū)原 15117 工作面進(jìn)風(fēng)巷開口往北357 m 處東幫開口,坐標(biāo)為:X=68 657.090 ,Y=106 214.217,Z=+496.719(底板),開口后,先向東水平施工 23.2 m;而后沿15號(hào)煤層頂板隨層掘進(jìn),煤層厚度6.89～3.92/5.7 m,先向北施工 42.7 m,而后沿北偏西 30°方位角施工33.5 m后至設(shè)計(jì)巷道沿空留墻位置,然后沿15號(hào)煤層頂板向北掘進(jìn)。15119 工作面回風(fēng)巷與 15119 工作面低位瓦斯預(yù)抽巷平行布置,層間距為15～17 m.15119 工作面回風(fēng)巷在掘進(jìn)過程中,在適宜位置根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況設(shè)置臨時(shí)車場、避難硐室。15117 進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)進(jìn)行沿空留墻,15119 工作面回風(fēng)巷再沿柔模墻體進(jìn)行掘進(jìn),如圖1所示。15119 工作面回風(fēng)巷沿15號(hào)煤層頂板掘進(jìn),煤層頂?shù)装鍘r性特征如表1所示。

圖1 15119 工作面回風(fēng)巷沿墻掘進(jìn)巷道布置

表1 15119 工作面回風(fēng)巷頂、底板情況

2 基本支護(hù)設(shè)計(jì)

15119工作面回風(fēng)巷斷面形狀為矩形,掘進(jìn)荒寬、荒高為5.4 m、4.1 m,支護(hù)形式:15119工作面回風(fēng)巷頂部采用“錨索+W 鋼帶+經(jīng)緯網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù),幫部采用“錨桿(鋼護(hù)板)+錨索+菱形網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)?；局ёo(hù),如圖2所示。頂板支護(hù):6孔W鋼帶打注錨索,間排距為1 000 mm×1 000 mm,角錨索距兩幫200 mm,所有錨索垂直巷頂打注。經(jīng)緯網(wǎng)長邊垂直掘進(jìn)方向鋪設(shè),錨索規(guī)格為D21.6 mm×8 200 mm,經(jīng)緯網(wǎng)規(guī)格為5 800 mm×1 100 mm,頂W鋼帶規(guī)格為BHW235/280/6-5300-1000-6.煤柱幫為寬1.5 m高強(qiáng)度預(yù)留墻體,墻體之間及墻體與頂板接頂處全長噴漿封閉,噴漿厚度為100 mm.采幫采用錨桿(鋼護(hù)板)+錨索+菱形網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。采幫每排錨索、錨桿共布置5根,間距800 mm,從上至下第1根、第2根、第3根布置錨索,第4根、第5根布置錨桿,錨索規(guī)格為D17.8 mm×4 200 mm,幫錨桿規(guī)格為D20 mm×2 200 mm 左旋無縱肋螺紋鋼錨桿,菱形網(wǎng)規(guī)格為4 400 mm×1 100 mm,W鋼護(hù)板規(guī)格為BHW235/280/4-450,鋪網(wǎng)時(shí),聯(lián)網(wǎng)搭接100 mm,每隔100 mm用14號(hào)鉛絲雙股雙邊三花聯(lián)網(wǎng)一道,每道綁扎不少于3 匝,鋪網(wǎng)時(shí)長邊垂直掘進(jìn)方向。

圖2 15119 工作面回風(fēng)巷基本支護(hù)(單位:mm)

3 補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)

截至2022年底工作面已掘進(jìn)154 m,巷道出現(xiàn)部分墻體頂部壓壞、墻體傾斜及頂板下沉等情況。針對以上存在的主要問題,通過對現(xiàn)場進(jìn)行查看,收集資料,與礦相關(guān)單位領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行了討論、溝通和原因分析,為確保巷道支護(hù)有效、安全可靠,滿足回采超前壓力顯現(xiàn)時(shí)的要求,需對現(xiàn)有支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)優(yōu)化。

3.1 原因分析

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研情況歸納失穩(wěn)原因如下:①錨索隨頂板一起下沉,且錨索托板和鎖具直觀看沒有任何壓力顯現(xiàn)反應(yīng),說明錨索沒有充分起到懸吊作用[1],端錨位置不合理或錨固力不夠或端錨位置的巖層結(jié)構(gòu)及巖性差。②從取芯頂板巖性分析看,現(xiàn)打8.2 m長錨索端錨位置在1.5 m厚的細(xì)粒砂巖層中,該層的巖性比較好、較為穩(wěn)定,但層理較發(fā)育易離層。其上部有穩(wěn)定的5.5 m厚中粒砂巖是錨索端錨的最佳位置。③錨索預(yù)緊力不夠,張拉機(jī)具選擇不合理,施工工藝等問題導(dǎo)致頂板離層。

3.2 頂板取芯及錨固段合理層位分析

在15119回風(fēng)巷9H9測點(diǎn)往北16 m處,在頂板打鉆孔取芯,取芯長度17 m,鉆孔取芯柱狀,根據(jù)取芯資料并結(jié)合鉆孔資料對比分析,15號(hào)煤直接頂巖性為砂質(zhì)泥巖已確定,其厚度取芯5.6 m,鉆孔5.33 m,平均5.465 m,基本相符;巖性為深灰色砂質(zhì)泥巖,富含植物化石碎片及碎削化石;第1層老頂巖性為0.4 m厚粉砂巖和1.5 m厚的細(xì)粒砂巖互層,兩層之間與直接頂之間的層理較為發(fā)育;之上的第2層5.5 m厚的中粒砂巖老頂為難垮落的巖層結(jié)構(gòu),其巖性堅(jiān)硬、穩(wěn)定,是錨索支護(hù)端錨最佳位置;再之上為較薄的細(xì)粒砂巖、炭質(zhì)泥巖及煤線的復(fù)合層。根據(jù)以上地質(zhì)資料分析結(jié)果,本次支護(hù)設(shè)計(jì)依據(jù)現(xiàn)場鉆孔取芯資料為準(zhǔn)進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì),錨索應(yīng)端錨在穩(wěn)定、堅(jiān)硬的5.5 m厚中粒砂巖關(guān)鍵層中。錨固深度在1.5～2 m.頂板錨索端錨關(guān)鍵層位支護(hù),錨索總長度為9.7 m,如圖3所示。

圖3 15119 回風(fēng)巷頂板錨索端錨關(guān)鍵層位支護(hù)斷面圖(單位:m)

3.3 補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案設(shè)計(jì)

錨索必須錨入堅(jiān)硬穩(wěn)定的巖層中,然后通過錨索張拉機(jī)具對錨索施加預(yù)應(yīng)力,把不穩(wěn)定的頂煤和巖體吊掛在穩(wěn)定的堅(jiān)硬巖體上,使其巷頂?shù)拿骸r體形成組合梁自承拱,達(dá)到主動(dòng)支護(hù)頂板的目的。

根據(jù)《煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范》,對于樹脂錨桿(索)樹脂藥卷直徑應(yīng)比鉆孔直徑小4～8 mm.索體為D21.6 mm,1×19股高強(qiáng)度鋼絞線。采用2支MSZ-23-120 中速樹脂錨固劑加長錨固。錨固長度驗(yàn)算[2]:

經(jīng)計(jì)算,鉆孔直徑為30 mm時(shí),錨固長度為2 929.12 mm,大于鉆孔深度的1/3,屬于端頭錨固;當(dāng)鉆孔直徑為32 mm時(shí),錨固長度為2 277.55 mm,錨固長度為鉆孔深度的24%,小于鉆孔深度的1/3,屬于三徑匹配不合理,因此寺家莊煤礦D21.6 mm錨索的合理鉆孔直徑應(yīng)為30 mm,樹脂藥卷直徑為23 mm.

頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)在基本30支護(hù)的基礎(chǔ)上沿原錨索之間補(bǔ)打D21.6 mm、L9 700 mm 錨索,形成“2-1-2”補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)形式,間排距為1 000 mm×2 000 mm.規(guī)格型號(hào):D21.6 mm、L9 700 mm,拉斷載荷為504 kN 的1×19結(jié)構(gòu),延伸率7%的鋼絞線。錨索角度:均垂直頂板巖層面打設(shè)。錨索張拉預(yù)緊:錨索初次張拉力要達(dá)到300 kN.錨索托梁:采用長1 300 mm高強(qiáng)度U型鋼梁;拱形調(diào)心球及配套鎖具。15119回風(fēng)巷補(bǔ)強(qiáng)支護(hù),如圖4所示。

圖4 15119 回風(fēng)巷補(bǔ)強(qiáng)方案(單位:mm)

4 支護(hù)效果考察

寺家莊煤礦15119回風(fēng)巷已掘段采用上述方案進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù),新掘段采用優(yōu)化支護(hù)方案掘進(jìn)期間每間隔40 m設(shè)置1個(gè)測站,監(jiān)測項(xiàng)目包括表面變形量、頂板離層量[3-4],以距開口處220 m的S-2號(hào)測站為例,對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理繪制處表面變形量及頂板離層量變化曲線如圖5所示。

圖5 礦壓監(jiān)測結(jié)果

分析可知,巷道掘巷支護(hù)完成早期,開挖后30 d內(nèi),巷道表面變形量及頂板離層量逐漸增大,開挖30 d后圍巖表面變形量保持恒定,圍巖變形速度減小為零,頂板離層量也不再增大,圍巖整體穩(wěn)定,充填墻體內(nèi)擠變形最為明顯,最大變形為102 mm,其次為頂板下沉變形,最大下沉量為81 mm,底板底鼓量為40 mm,實(shí)體煤幫內(nèi)擠變形量11 mm,圍巖整體變形量較小,巷道表面光潔、平整,圍巖穩(wěn)定性良好;頂板淺部基點(diǎn)最大離層量為7.5 mm,深部基點(diǎn)最大離層量3.0 mm,頂板巖層離層量很小,頂板巖層整體性控制效果較好。綜上可得,補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案能夠很好滿足維護(hù)沿墻掘巷的需要。

5 結(jié) 語

本文以寺家莊煤礦15119回風(fēng)巷沿墻掘進(jìn)為研究背景,采用現(xiàn)場調(diào)研、理論計(jì)算、礦壓監(jiān)測等手段進(jìn)行沿空巷道圍巖科學(xué)控制技術(shù)研究,基本支護(hù)條件下掘巷研究表明,巷道出現(xiàn)墻體傾斜及頂板下沉等問題,探討分析原支護(hù)方案缺陷,提出采用長錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù),通過頂板取芯掌握頂板巖層巖性、厚度特征,確定錨索應(yīng)端錨在穩(wěn)定、堅(jiān)硬的5.5 m厚中粒砂巖關(guān)鍵層中,據(jù)此確定頂板錨索長度為9.7 m,根據(jù)“三徑”合理匹配原理確定錨索孔合理直徑為30 mm,樹脂藥卷直徑為23 mm,采用“2-1-2”補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)形式,礦壓監(jiān)測表明,巷道表面變形量較小且保持穩(wěn)定,頂板離層得到有效控制,消除了墻體頂部壓壞、墻體傾斜等問題,很好滿足維護(hù)沿墻掘巷圍巖的需要。