魏治剛

（山西王家?guī)X煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036604）

在巷道過破碎圍巖的條件下，由于受斷層構(gòu)造應(yīng)力的影響，斷層區(qū)域內(nèi)圍巖完整性受到破壞，礦壓顯現(xiàn)劇烈，僅靠單一的支護(hù)方式不能滿足控制巷道圍巖變形的要求，嚴(yán)重影響著巷道的穩(wěn)定性以及礦井的安全生產(chǎn)。長期以來，國內(nèi)外學(xué)者對過斷層巷道的圍巖控制技術(shù)做了大量的研究。唐輝雄等[1]，采用數(shù)值計算軟件對各支護(hù)方案下斷層破碎帶處圍巖的變形進(jìn)行了模擬，并得出了圍巖變形特征；張艷軍[2]，根據(jù)斷層破碎帶處圍巖地質(zhì)情況，提出了聯(lián)合支護(hù)技術(shù)加固圍巖，并取得了顯著成效；張繼龍[3]，采用數(shù)值模擬與現(xiàn)場實踐相結(jié)合的方法，對深井高應(yīng)力破碎軟巖巷道過斷層提出了“金屬網(wǎng)、U 型鋼拱支架、噴漿、注漿和錨索”的綜合支護(hù)方式，保證了巷道圍巖的穩(wěn)定性。本文以同寶煤業(yè)15106 運輸順槽過破碎圍巖段為工程背景，通過分析斷層構(gòu)造區(qū)域范圍內(nèi)巷道圍巖變形原因[4-5]，確定合理的支護(hù)技術(shù)方案，以期降低施工風(fēng)險。

1 工程概況

山西同寶煤業(yè)15106 工作面開采15 號煤層，煤層節(jié)理發(fā)育，結(jié)構(gòu)中等，煤層中部夾一層0.35～0.85 m 的碳質(zhì)泥巖。15 號煤層平均厚度5.7 m，平均傾角13°，煤層厚度變化不大，屬較穩(wěn)定煤層。煤層頂板為泥巖和粉砂巖，底板為粉砂巖和砂質(zhì)泥巖，煤層頂?shù)装迩闆r如表1 所示。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

15106 運輸順槽全長1 100 m，巷道為矩形斷面，凈寬5.0 m，凈高度3.5 m。受復(fù)雜地質(zhì)條件的影響，該順槽約200 m范圍內(nèi)巷道圍巖變形嚴(yán)重，頂板下沉量達(dá)600 mm，兩幫移進(jìn)量達(dá)500 mm，且部分區(qū)域內(nèi)錨桿索出現(xiàn)斷裂、托盤壓翻等現(xiàn)象，需對該運輸順槽變形嚴(yán)重段進(jìn)行加固處置，以確保井下的安全生產(chǎn)。

2 圍巖變形破壞分析

1）地質(zhì)構(gòu)造影響。通過現(xiàn)場地質(zhì)勘察，工作面掘進(jìn)期間揭露6 條正斷層，斷層落差范圍為0.5～1.7 m，斷層最大影響范圍為20 m。這些斷層破壞了巷道圍巖的完整性，該運輸順槽在斷層構(gòu)造的作用下部分地段的圍巖較破碎，從而造成該區(qū)域內(nèi)巷道圍巖的強(qiáng)度較低。

2）圍巖強(qiáng)度影響。巷道的直接頂為泥巖，單軸抗壓強(qiáng)度約50.5 MPa，強(qiáng)度較低，同時，泥巖易吸水膨脹，直接頂范圍內(nèi)的泥巖是巷道圍巖的變形破壞的重要因素。

3）地應(yīng)力影響。選取破碎圍巖嚴(yán)重段的地應(yīng)力作為測點，破碎圍巖嚴(yán)重段所受地應(yīng)力大小和方向如圖1 所示。

圖1 地應(yīng)力大小和方向

由圖1 知，巷道的走向為正東西方向，最大水平主應(yīng)力與回采巷道的夾角為45°。剪切破壞面與水平面夾角為，通過做莫爾圓與抗剪強(qiáng)度間的關(guān)系圖可得巷道的頂板圍巖破壞角度范圍為41°～60°，巷道的走向為正東西方向，在最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力的作用下，巷道頂板巖石會在41°～60°范圍發(fā)生剪切破壞，破壞角度范圍平行于該運輸順槽。這種情況對巷道圍巖支護(hù)十分不利，是圍巖變形破壞的主要原因。

3 優(yōu)化支護(hù)方案

3.1 巷道原支護(hù)方案

巷道原支護(hù)方案為：巷道的頂板選用直徑22mm，長度2 400 mm 的左旋螺紋鋼錨桿，錨桿均與頂板垂直，錨桿間排距為900 mm×1000 mm，錨桿螺母預(yù)緊力矩不低于300 N·m，錨固力為190 kN；錨索采用φ20 mm×5 300 mm 預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索，間排距為1 800 mm×2 000 mm，選用180 mm×180 mm×12mm 的球形鋼板托盤，施加預(yù)緊力不小于300kN，保證錨索錨固端深入穩(wěn)定巖體中不小于1 m；兩幫選用直徑22 mm，長度2 400 mm 的左旋螺紋鋼錨桿，錨桿均與幫部垂直，兩幫錨桿的間排距為950 mm×1 000 mm，錨桿螺母預(yù)緊力矩不得低于300 N·m，錨固力為160 kN；在巷道的頂板、兩幫均鋪設(shè)六邊形金屬網(wǎng)，規(guī)格分別為長×寬=5 500 mm×1 100 mm、長×寬=2 900 mm×1 100 mm，鋼筋網(wǎng)的搭接長度為50 mm，同時使用16 號雙股聯(lián)網(wǎng)絲進(jìn)行連接，聯(lián)網(wǎng)絲的扭結(jié)大于3 扣，聯(lián)網(wǎng)距小于200mm。從支護(hù)方案可以看出，錨桿長度為2400mm，錨桿的錨固區(qū)處于泥巖中，在該區(qū)域內(nèi)錨桿只對剪切應(yīng)力起作用，并不能完全發(fā)揮錨桿的支護(hù)作用，支護(hù)效果不佳。

3.2 注漿加固方案

在圍巖進(jìn)行注漿前，先對圍巖進(jìn)行掃噴，封閉裸露處的圍巖表面。頂板注漿孔的間排距為1 600 mm×2 000 mm，注漿孔采用“4-3-4”進(jìn)行布置，注漿孔的直徑為36 mm，深度為8 000 mm。巷道幫部注漿孔的間排距為2 000 mm×2 000 mm，每排2 個孔，注漿孔的直徑為36 mm，深度為7 000 mm。底板注漿孔的間排距為2 000 mm×2 000 mm，每排2 個孔，注漿孔的直徑為36 mm，深度為6 000 mm。采用鑿巖機(jī)打設(shè)注漿孔，注漿孔與巷道圍巖表面全部垂直。在注漿孔內(nèi)埋設(shè)射漿管進(jìn)行一次性全鉆孔注漿，注漿壓力為6.0 MPa。采用水泥- 水玻璃雙液漿的注漿材料，水灰比為0.8，水玻璃的濃度為50Be′，模數(shù)為3.0，水玻璃與水泥漿液的體積之比為0.5:1[4-8]，注漿孔布置如圖2 所示。

圖2 注漿孔布置

3.3 錨桿（索）加固支護(hù)方案

巷道頂板支護(hù)：巷道頂板采用CRM500φ22-M24-2400 的強(qiáng)力錨桿。錨桿打設(shè)時需使錨桿與頂板相互垂直，錨桿的間排距設(shè)計為900 mm×900 mm，每排5 根。錨桿螺母預(yù)緊力矩大于400 N·m，且不超過500 kN，同時錨桿配合使用3.8 m 的鋼帶進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。巷道頂板錨索采用SKP22-1/1860/8300 強(qiáng)力錨索。錨索采用“2-3-2”方式進(jìn)行布置，錨索兩根時，間排距為1 800 mm×1 000 mm；錨索三根時，間排距為1 700 mm×1 000 mm。錨索作業(yè)時需使錨索與巷道頂板相互垂直進(jìn)行打設(shè)。巷道兩幫支護(hù)： 巷道兩幫采用CRM500φ22-M24-2400 的強(qiáng)力錨桿，間排距為950 mm×1 000 mm；巷道左、右?guī)吞庡^桿均打設(shè)4根，左右兩幫錨桿對稱布設(shè)。巷道兩幫采用SKP22-1/1860/4300 強(qiáng)力錨索進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。錨索作業(yè)時需使錨索與巷道幫部相互垂直進(jìn)行打設(shè)，錨索的間排距設(shè)計間排距為2 000 mm×2 000 mm，每排共打設(shè)2 根，左右兩幫錨索對稱布設(shè)。其他支護(hù)技術(shù)材料、參數(shù)同原支護(hù)方案。

4 應(yīng)用效果

在巷道掘進(jìn)施工過程中采用“十字布點法”進(jìn)行巷道圍巖變形監(jiān)測，同時采用兩點式頂板位移測定儀以及多點位移計來進(jìn)行巷道頂板離層量的測量，頂板離層儀基點安裝深度為4 m、8 m，巷道圍巖變形曲線及離層量如圖3 所示。

圖3 巷道圍巖移近量和離層量曲線

由圖3 可以看出，在15106 運輸順槽掘進(jìn)完成的前7d，巷道頂?shù)装寮皟蓭偷膰鷰r變形速率度不斷增大，之后逐漸趨于穩(wěn)定。巷道頂板最大下沉量約為30.7 mm，巷道兩幫圍巖變形最大約為23.8 mm； 在頂板4 m 范圍內(nèi)，頂板離層量累計3.7 mm，離層平均速率為0.36 mm/d；在頂板4～8 m 范圍內(nèi)，頂板離層量累計6.2 mm，離層平均速率為0.63 mm/d，圍巖控制效果較好。

5 結(jié)語

以同寶煤業(yè)15106 運輸順槽過圍巖破碎段為工程背景，對過圍巖破碎段巷道的圍巖控制與支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)探討，采用了“注漿+ 錨桿索”優(yōu)化支護(hù)技術(shù)方案。該方案應(yīng)用后表明，15106 運輸順槽掘進(jìn)期間，頂板最大下沉量約為30.7 mm，巷道兩幫圍巖變形最大約為23.8 mm，淺基點處頂板離層量累計3.7 mm，深基點處頂板離層量累計6.2 mm，圍巖變形已得到有效控制。