巷道交叉點(diǎn)破碎區(qū)強(qiáng)化支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

楊 泰

(晉城煤業(yè)集團(tuán) 寺河煤礦，山西 晉城 048019)

煤礦生產(chǎn)掘進(jìn)過(guò)程中，巷道交叉現(xiàn)象比較常見(jiàn)，與此同時(shí)，巷道交叉點(diǎn)受兩次乃至多次采掘影響，應(yīng)力重新分布，易造成應(yīng)力集中。因此，如何加強(qiáng)巷道交叉點(diǎn)的支護(hù)是困擾很多礦井的難題［1］.

寺河煤礦二號(hào)井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力180 萬(wàn)t/年，現(xiàn)主采9#和15#煤層，是晉城煤業(yè)集團(tuán)的主力礦井之一。在9#煤層開(kāi)采過(guò)程中，根據(jù)采掘規(guī)劃的要求，九四盤(pán)區(qū)大巷與94311 工作面的巷道有多處十字交叉，出現(xiàn)了兩幫破碎，頂板下沉等現(xiàn)象，尤其是94101 西巷，為盤(pán)區(qū)膠帶大巷，擔(dān)負(fù)著運(yùn)輸和行人的任務(wù)，兩幫收縮量達(dá)到了900 mm，頂板下沉量達(dá)到了600 mm，嚴(yán)重影響了行人和運(yùn)輸，不得不進(jìn)行擴(kuò)幫臥底，增加了巷道的維護(hù)成本。為了保證巷道的正常使用，減少巷道的維護(hù)費(fèi)用，必須采取一定的技術(shù)手段對(duì)交叉點(diǎn)巷道進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)，避免多次返修。

1 工程概況

九四盤(pán)區(qū)位于寺河煤礦二號(hào)井井田西翼，為9#煤層主采盤(pán)區(qū)，94101 西巷、94102 西巷、94103 西巷分別為盤(pán)區(qū)行人運(yùn)輸(進(jìn)風(fēng))大巷、回風(fēng)大巷、材料運(yùn)輸大巷。該區(qū)域煤層厚度在0.8 ～1.7 m，為典型的薄煤層，其中頂板為厚度5.3 m 的粉砂巖，底板2.6 m為泥巖和細(xì)砂巖混層。掘進(jìn)過(guò)程中，掘取部分直接底，保障斷面的高度。

其中，3 條大巷均與94222 巷、94223 巷不同層的交叉，94102 西巷與94222 巷、94223 巷空間十字交叉，94101 西巷與94222 巷、94223 巷十字交叉，94103西巷與94222 巷、94223 巷T 字交叉。本文重點(diǎn)研究94101 西巷與94222 巷的十字交叉點(diǎn)，試驗(yàn)區(qū)域見(jiàn)圖1.

2 原支護(hù)形式下巷道破壞特征

2.1 原支護(hù)設(shè)計(jì)

94101 巷與94222 巷交叉位置掘進(jìn)尺寸為寬4.8 m，高2.4 m，掘進(jìn)斷面積為11.52 m2. 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)示意圖見(jiàn)圖2，具體支護(hù)設(shè)計(jì)如下:

1)錨桿。頂部和幫部均采用d20 mm，長(zhǎng)度為2 m的左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋，桿尾螺紋為M22. 頂板錨桿都垂直頂板安設(shè)，頂板角錨桿與垂線(xiàn)夾角不得超過(guò)10°安設(shè);間排距1 000 mm×1 200 mm，每排5 根，平行布置;幫部間排距900 mm×1 200 mm，每排3 根錨桿，平行布置;預(yù)應(yīng)力不得小于80 kN.

圖1 九四盤(pán)區(qū)大巷與回采巷道交叉示意圖

2)鋼筋托梁。頂部采用d12 mm 的鋼筋焊接而成，規(guī)格為SB－12－100－3700－4，長(zhǎng)×寬=3 700 mm×1 00 mm，長(zhǎng)度3 700 mm.幫部采用d12 mm 的鋼筋焊接而成，規(guī)格為SB－12－100－1000－2，長(zhǎng)×寬=1 700 mm×100 mm.

3)錨索。采用d15.24 mm，長(zhǎng)度為5.3 m 的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線(xiàn)錨索，間排距2 000 mm×3 600 mm，每排2 根，平行布置，預(yù)緊力不得小于150 kN.

4)金屬(塑料)網(wǎng)。頂板遇破碎地點(diǎn)掛4 600 mm×1 200 mm 金屬網(wǎng)。幫部采用3 800 mm ×1 100 mm塑料網(wǎng)。

2.2 巷道破壞特征

94101 西巷掘進(jìn)初期，受煤層厚度及頂?shù)装鍘r性的影響，出現(xiàn)了輕微的兩幫煤體破碎現(xiàn)象，94222 巷與94101 西巷貫通后，兩幫破碎程度進(jìn)一步加深;待94311 工作面回采后，94101 西巷運(yùn)輸量的加大，對(duì)巷道有一定的載荷沖擊，巷道變形進(jìn)一步加劇，主要的破壞特征表現(xiàn)為:

1)兩幫煤體沿煤層的頂板和底板的交叉處鼓出，煤體破碎，兩幫最大收縮量達(dá)到801 mm，局部錨桿可輕松拔出，失去承載能力。

2)頂板出現(xiàn)離層，大面積破碎，并出現(xiàn)頂板下沉，最大下沉量達(dá)到489 mm.

圖2 原巷道交叉位置支護(hù)設(shè)計(jì)示意圖

3 支護(hù)方案設(shè)計(jì)

相關(guān)研究表明，巷幫是頂板的有效支撐體，處于十字交叉兩條巷道，其支承壓力區(qū)和頂板的卸載區(qū)會(huì)產(chǎn)生疊加效應(yīng)，由于巷道交叉而形成的三角區(qū)域易發(fā)生應(yīng)力集中［2－3］.因此，支護(hù)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是頂?shù)装迮c巷幫的交叉處，配合架棚支護(hù)防止巷道的變形，同時(shí)采用注漿錨桿進(jìn)行注漿加固，提高圍巖的完整性和整體性。

3.1 架棚支護(hù)

本次加強(qiáng)支護(hù)是在巷道返修的基礎(chǔ)上，先對(duì)巷道進(jìn)行“擴(kuò)幫拉底”，使其恢復(fù)成原有的巷道設(shè)計(jì)尺寸，然后采用π 型鋼梁配合單體柱的架棚支護(hù)方式，一梁三柱，其中膠帶兩側(cè)的單體柱間距2 000 mm，膠帶右側(cè)兩單體柱間距1 500 mm，排距均為1 000 mm，具體的支護(hù)形式見(jiàn)圖3.

圖3 架棚支護(hù)示意圖

3.2 注漿加固

本次注漿加固是利用注漿錨桿對(duì)煤壁兩幫及底角進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，其中兩幫注漿錨桿采用型號(hào)為d25－5的中空注漿錨桿，長(zhǎng)度2 000 mm，間距1 000 mm，上距頂板800 mm，垂直于煤壁鉆進(jìn)，鉆孔深度3 000 mm.底角錨桿采用型號(hào)為d32－6 的中空注漿錨桿，長(zhǎng)度4 000 mm，間距1 000 mm，沿底角下扎45°鉆進(jìn)，鉆孔深度5 000 mm. 注漿錨桿布置示意圖見(jiàn)圖4.

巷道注漿加固中注漿材料的選擇是關(guān)鍵。十字交叉巷道表層圍巖破碎，深層由于煤體的擠出而形成空洞，因此，需要高強(qiáng)度快凝材料以抑制巷道的繼續(xù)變形。借鑒15#煤層大巷注漿加固的經(jīng)驗(yàn)，本試驗(yàn)段采用晉煤研究院生產(chǎn)的聯(lián)邦加固一號(hào)材料。該材料是以無(wú)機(jī)礦粉為主的地質(zhì)聚合物注漿材料，是雙液注漿材料，兩種漿液在混合前6 h 時(shí)內(nèi)不凝固、不泌水、不沉淀，混合后凝結(jié)時(shí)間為3 ～10 min，1 ～8 h的強(qiáng)度能達(dá)到8 ～15 MPa，不同水灰比養(yǎng)護(hù)時(shí)間下的抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表1.

圖4 注漿錨桿注漿示意圖

表1 聯(lián)邦加固注漿材料(雙液)抗壓強(qiáng)度對(duì)比表

4 試驗(yàn)效果分析

4.1 監(jiān)測(cè)方法

在94101 西巷與94222 巷十字交叉的位置(距交叉口0.5 m 處)，試驗(yàn)注漿及架棚支護(hù)區(qū)域布置了4組測(cè)站，采用“十”字布點(diǎn)法，觀測(cè)兩幫及頂?shù)装宓奈灰屏?。同時(shí)，在94101 西巷與94223 巷十字交叉的位置(距交叉口0.5 m 處)，布置了4 組測(cè)點(diǎn)作為對(duì)比測(cè)站，觀測(cè)周期為30 天。

4.2 數(shù)據(jù)分析

每2 ～3 天觀測(cè)一次，將其中兩組的數(shù)據(jù)整理成圖見(jiàn)圖5，6.

圖5 對(duì)比測(cè)站巷道表面位移變化圖

圖6 試驗(yàn)段巷道表面位移變化圖

由圖5，6 可以看出，對(duì)比巷道區(qū)域，巷道兩幫及頂?shù)装遄冃嗡俾瘦^快，變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，巷道兩幫最大變形量達(dá)801 mm，頂?shù)装逡平窟_(dá)到489 mm;而進(jìn)行注漿加固和架棚支護(hù)的試驗(yàn)巷道區(qū)域，巷道變形速率明顯減緩，且在15 天內(nèi)巷道變形趨于穩(wěn)定，巷道兩幫收縮量控制在50 mm 之內(nèi)，頂?shù)装逑鲁亮吭?0 mm 之內(nèi)，安全可控，支護(hù)效果顯著。

5 結(jié) 論

1)通過(guò)對(duì)寺河煤礦二號(hào)井九四盤(pán)區(qū)十字交叉巷道調(diào)研，分析十字交叉巷空間位置關(guān)系及巷道的破壞特征。

2)針對(duì)十字交叉巷的破壞特征，制定了架棚二次支護(hù)配合注漿錨桿注漿加固的支護(hù)方案，并在試驗(yàn)巷道區(qū)域進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)。

3)巷道表面位移監(jiān)測(cè)表明，架棚二次支護(hù)配合注漿錨桿注漿加固的支護(hù)方案，效果明顯，巷道變形均控制在允許范圍內(nèi)，保障了巷道的正常使用。

［1］ 單仁亮，孔祥松，李 斌，等.大斷面直墻半圓拱巷道支護(hù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化［J］.中國(guó)礦業(yè)，2014(1):87.

［2］ 王引群.厚煤層十字交叉巷道支護(hù)技術(shù)研究［J］.山西煤炭，2011(12):48－49.

［3］ 劉海瑞，李金剛.礦用U 型鋼棚+砌碹支護(hù)在交叉巷道中的應(yīng)用［J］.陜西煤炭，2015(4):129－131.