王瑞峰

(山西焦煤水峪煤業(yè),山西 孝義 032302)

隨著礦井采掘深度不斷增加,煤炭開采受地應(yīng)力、構(gòu)造、破碎頂板、瓦斯等各類不利因素的影響更趨明顯,給井下巷道掘進(jìn)以及煤炭開采均帶來一定制約[1-2]。當(dāng)圍巖破碎時(shí),巷道掘進(jìn)及后續(xù)使用期間往往面臨圍巖支護(hù)難度大、變形嚴(yán)重等問題,給行人、通風(fēng)及運(yùn)輸造成影響。實(shí)現(xiàn)深部破碎圍巖巷道變形的有效控制是確保安全高效回采的基礎(chǔ)[3-4]。為此,眾多的學(xué)者及技術(shù)人員對深部破碎圍巖巷道變形控制技術(shù)展開研究。樊寶柱[5]針對萬安礦1102回風(fēng)巷掘進(jìn)過F3斷層、X2陷落柱高應(yīng)力區(qū)期間面臨的頂板破碎、離層以及巷幫變形嚴(yán)重等問題,結(jié)合現(xiàn)場條件提出頂板采用“深孔注漿+桁架錨索+梯形鋼棚”組合支護(hù)方式,陷落柱影響幫采用“T型鋼棚+混凝土墻體”支護(hù)方式,現(xiàn)場應(yīng)用后,頂板離層、變形量大以及巷幫收斂嚴(yán)重等問題得以較好解決,頂板、巷幫最大位移量分別控制在150 mm,320 mm以內(nèi);于洋等[6]對紅嶺礦15141回采巷道在破碎圍巖條件下的巷道圍巖應(yīng)力演化及變形特征進(jìn)行分析,并提出通過高預(yù)緊力非對稱耦合支護(hù)+圍巖注漿方式控制巷道圍巖變形,實(shí)現(xiàn)了破碎圍巖變形的有效控制,巷道可滿足采面回采需求;李中偉[7]針對李雅莊礦回采巷道在地應(yīng)力、斷層構(gòu)造等多因素影響下出現(xiàn)的巷幫收斂量大、頂板下沉明顯等問題,在分析圍巖力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上,提出通過采用大直徑高強(qiáng)度錨桿、錨索支護(hù)圍巖,并在巷幫增設(shè)補(bǔ)強(qiáng)錨索,提升麻桿、錨索自身強(qiáng)度及預(yù)緊力,采用金屬網(wǎng)、鋼筋網(wǎng)提升護(hù)表強(qiáng)度,有效應(yīng)對巷道圍巖變形。文章在借鑒以往研究成果的基礎(chǔ)上,針對山西某礦120801回采巷道圍巖破碎問題,結(jié)合現(xiàn)場情況,針對性地提出巷道圍巖控制技術(shù)方案,實(shí)現(xiàn)了圍巖變形的有效控制。

1 工程概況

120801工作面開采的12號煤層埋深均值為650 m,煤厚均值為1.4 m,煤質(zhì)為開采經(jīng)濟(jì)效益極佳的焦煤,煤層傾角5°～8°,采面設(shè)計(jì)走向、傾向長度分別為905 m,120 m.120801工作面上覆已經(jīng)回采完畢的11號煤層110801工作面采空區(qū),具體采面位置關(guān)系見圖1.

圖1 采面位置圖

120801運(yùn)輸巷沿著回采的12號煤層底板掘進(jìn),巷道設(shè)計(jì)為矩形斷面,凈寬×凈高=4 600 mm×2 300 mm,掘進(jìn)區(qū)域內(nèi)煤層頂?shù)装鍘r性以泥巖、砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖為主,煤層頂、底板巖性見圖2.

圖2 12號煤頂?shù)装鍘r性

根據(jù)臨近采掘作業(yè)面回采及掘進(jìn)揭露資料、已有物探及鉆探資料顯示,在120801運(yùn)輸巷掘進(jìn)范圍內(nèi)發(fā)育有多條落差在1.0～3.6 m的斷層,在斷層影響范圍內(nèi)煤巖體裂隙發(fā)育,給巷道掘進(jìn)造成一定影響。120801運(yùn)輸巷采用EBZ-160掘進(jìn)機(jī)+SGB-420刮板輸送機(jī)+SDJ-800型膠帶輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)煤巖截割、運(yùn)輸?shù)?采用2臺型號BDNO.7.1-2×45 kW型風(fēng)機(jī)供風(fēng),供風(fēng)量為580～850 m3/min.由于120801運(yùn)輸巷掘進(jìn)區(qū)域煤層埋深較大且受上覆11號煤層回采影響,巷道圍巖破碎,導(dǎo)致120801運(yùn)輸巷圍巖支護(hù)難度較高,需結(jié)合現(xiàn)場情況針對性地制定巷道圍巖控制技術(shù)方案。

2 破碎圍巖巷道變形控制技術(shù)

120801運(yùn)輸巷上覆11號煤層采空區(qū),在11號煤層采動影響下,120801運(yùn)輸巷圍巖破碎,給巷道圍巖變形控制工作造成影響,具體表現(xiàn)為:

1) 巷道掘進(jìn)期間頂板泥巖、砂質(zhì)泥巖以及細(xì)砂巖層較為破碎、強(qiáng)度及承載能力較差,容易誘發(fā)冒頂、大變形等問題;

2) 由于頂板巖體破碎、圍巖松動破壞范圍大,導(dǎo)致支護(hù)用的錨桿錨固端不牢靠,影響錨桿圍巖支護(hù)效果。

結(jié)合120801運(yùn)輸巷現(xiàn)場實(shí)際條件以及以往類似條件巷道圍巖支護(hù)經(jīng)驗(yàn),提出采用中空注漿錨桿+高強(qiáng)柔性金屬網(wǎng)+工字鋼架棚支護(hù)方式控制圍巖,具體巷道支護(hù)斷面見圖3.

圖3 圍巖支護(hù)示意(單位:mm)

120801運(yùn)輸巷頂板采用規(guī)格為Φ28 mm×2 600 mm的漲殼式中空注漿錨桿,具體結(jié)構(gòu)見圖4.錨桿壁厚5.5 mm.頂板錨桿間、排距為1 000 mm×1 000 mm.向頂板中空錨桿內(nèi)注入水灰質(zhì)量比為0.38～0.45的水泥漿,注漿壓力控制在2～4 MPa,通過注漿提升巷道頂板整體穩(wěn)定性及強(qiáng)度,避免出現(xiàn)失穩(wěn)或者冒落等問題,進(jìn)一步發(fā)揮錨桿對頂板破碎巖體的支護(hù)效果,控制頂板變形量。頂錨桿注漿完成后,通過止?jié){塞即可封堵錨桿尾部,避免注漿漿液外溢。巷幫采用規(guī)格為Φ20 mm×2 500 mm的樹脂錨桿配合金屬網(wǎng)支護(hù),間、排距為1 000 mm×1 000 mm.頂板及巷幫錨桿端頭均采用2節(jié)規(guī)格為Φ23 mm×350 mm的MSK2335型錨固劑錨固。在滯后采面10～15 m位置架設(shè)由11號工字鋼制作的梯形棚,棚腿長度為2 200 mm,橫梁長度為4 200 mm,棚間距為1 000 mm.在梯形棚與巷道壁間充填木料,確保架棚給巷道表面圍巖足夠的支護(hù)作用力。

圖4 頂板錨桿結(jié)構(gòu)圖

在巷道頂板及巷幫使用TECCO高強(qiáng)度柔性金屬網(wǎng)見圖5.網(wǎng)格為菱形結(jié)構(gòu),尺寸為140 mm×80 mm,金屬絲直徑為3 mm,最大抗拉強(qiáng)度可達(dá)到1 770 MPa,具備韌性和柔性好、強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn),在巷道圍巖支護(hù)時(shí)可緊貼巷道壁,提升巷道圍巖整體穩(wěn)定性。

圖5 高強(qiáng)度柔性金屬網(wǎng)

3 圍巖變形控制效果

在120801運(yùn)輸巷支護(hù)完成后,布置測點(diǎn)監(jiān)測巷道圍巖變形情況,巷道圍巖變形監(jiān)測結(jié)果見圖6.從監(jiān)測結(jié)果看出,運(yùn)輸巷頂?shù)装?、巷幫移近量隨著支護(hù)時(shí)間的增加而增大。支護(hù)完成20 d后,圍巖變形量基本趨于穩(wěn)定,其中運(yùn)輸巷頂、底板最大移近量為66 mm,兩幫最大移進(jìn)量為58 mm.支護(hù)用的工字鋼架棚、錨桿等均正常,未出現(xiàn)架棚彎曲或者變形等情況,錨桿無失效情況;工字鋼架棚與巷道圍巖接觸密實(shí),可為圍巖提供較大的支護(hù)作用力。120801運(yùn)輸巷現(xiàn)場應(yīng)用表明,巷道圍巖支護(hù)采用的中空注漿錨桿+高強(qiáng)柔性金屬網(wǎng)+工字鋼架棚支護(hù)方式可有效控制深部破碎圍巖變形,巷道支護(hù)成本較低,圍巖控制效果較好。

圖6 圍巖變形監(jiān)測曲線

4 結(jié) 語

120801運(yùn)輸巷沿著12號煤層頂板掘進(jìn),煤層埋深均值為650 m,巷道埋深較大,同時(shí)受到上覆11號煤層采動影響,巷道圍巖破碎,巷道掘進(jìn)及后續(xù)使用期間存在冒頂、圍巖變形嚴(yán)重以及支護(hù)困難等問題。120801運(yùn)輸巷圍巖控制的關(guān)鍵是確保巷道頂板穩(wěn)定,為此結(jié)合120801運(yùn)輸巷現(xiàn)場條件,在巷道頂板采用漲殼式中空注漿錨桿+注漿+高強(qiáng)柔性金屬網(wǎng)+工字鋼架棚組合方式支護(hù)頂板,在巷幫用樹脂錨桿配合金屬網(wǎng)支護(hù)。通過對破碎頂板進(jìn)行注漿可提升頂板巖體整體穩(wěn)定性及承載能力,并增強(qiáng)錨桿與頂板巖體耦合效果;高強(qiáng)柔性金屬網(wǎng)及工字鋼架可為運(yùn)輸巷表面圍巖提供較強(qiáng)的作用力,減少圍巖變形量。現(xiàn)場應(yīng)用后, 120801運(yùn)輸巷頂?shù)装遄畲笠平繛?6 mm,兩幫最大移進(jìn)量為58 mm,巷道圍巖保持了穩(wěn)定狀態(tài),圍巖變形控制技術(shù)取得了較好的應(yīng)用效果。