深部動壓巷道圍巖變形原因分析及控制技術

藺蘇平

摘 要：文章以保安煤礦15105補進風巷為研究對象，通過現場窺視、理論分析等多種手段分析該巷道圍巖變形的原因，并制定了綜合的注漿加固方案，結果表明，基于綜合注漿加固基礎上的圍巖控制技術能明顯控制深井動壓巷道的變形，為礦井后續動壓巷道的維護提供了技術依據。

關鍵詞：深部開采 動壓巷道 圍巖變形 圍巖控制

中圖分類號：TD322 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（b）-0097-02

保安煤業目前回采15#煤，巷道埋深在700～826m，屬深部礦井，由于采掘接續緊張，在本工作面回采期間需掘進相鄰下一工作面順槽，形成對穿巷道，該巷道受多次動壓影響，對巷道支護提出嚴峻考驗。因保安煤業地質條件復雜、圍巖強度與結構偏弱，加之原有支護不盡合理，導致部分巷道在經受一次采動影響后發生嚴重底鼓、頂板下沉和兩幫擠出，巷道無法正常使用，必須進行返修。

1 工程概況

15105補進風順槽服務于15105回采工作面。15105工作面回采時，15105補進風順槽作為進風、皮帶出煤、運輸、行人巷道。巷道南部以15#煤軌道斜巷為界，西部以15105未采面為界，東以15103尾巷界；巷道走向長度為1107m。15105補進風順槽于15103工作面回采時開始掘進，其余兩巷均已掘出，巷道掘進斷面為4800×4000mm，巷間煤柱中-中24.8m，凈煤柱寬度20m，已掘進600余m，后遭遇15103工作面的回采動壓影響，巷道出現嚴重變形，已經無法使用，經擴巷、補打錨桿錨索等多種措施維修后仍不能控制的變形。工作面布置如圖1所示。

2 地質與生產條件調查

2.1 煤層及頂底板情況

煤層：15#煤層為簡單結構煤層，煤層厚度3.50～4.50m，平均4.01m，有時含矸3層，上部粉狀，下部塊狀，內外生裂隙發育，以優質無煙煤為主，煤下部為黃鐵礦結核及薄膜。上距9#煤平均60.33m，主要由黑色、黑灰色砂質泥巖、灰色、灰白色砂巖組成，構造簡單。

老頂：K2石灰巖厚2.6～3.3m，平均3.2m，再往上為砂質泥巖、細砂巖。

直接頂：砂質泥巖厚3.9～5.9m、K2下石灰巖厚1.02～2.1m，平均1.9m。

直接底：砂質泥巖均厚1.15m。

老底：粉砂巖1.8～2.6m。

巖性柱狀圖如圖2所示。

頂板K2石灰巖中含大量腕足類蜓及海百合莖等動物化石，中間夾黑色泥巖、粉砂巖，其裂隙均被方解石充填，石灰巖抗壓強度47.2～52.8 MPa，平均49.3MPa；抗拉強度1.18～1.47MPa，平均1.32MPa。

15#煤底板為砂質泥巖，泥巖及粉-細砂巖，厚1.00～3.85m，平均2.75m，砂質泥巖抗壓強度54.4～63.2MPa，平均59.6MPa。

2.2 巷道原支護參數及變形情況

15105補進風巷掘進期間巷道頂板的支護參數為：錨桿直徑為20mm，長度為2400mm，材質為右旋全螺紋錨桿，錨索為1×7股預應力鋼絞線，直徑為21.6mm，長度為6200mm和8200mm兩種，鋼帶是“蝶形”鋼帶，規格為4500×220×4mm，網片采用10#鐵絲編織而成，規格為6300×1000mm，頂板支護排距850mm，間距700mm。

巷幫支護參數為：錨桿直徑為18mm，長度為2500mm，材質為圓鋼錨桿，錨索直徑為17.8mm，長度為4200mm，網片采用10#鐵絲編織而成，規格為3500×1000mm，巷幫支護排距850mm，間距800mm。支護斷面圖如圖3所示。

15105補進風巷北段掘進期間巷道頂板的支護參數為：錨桿直徑為22mm，長度為2400mm，材質為左旋無縱筋螺紋鋼，鋼號為BHRB500，錨索為1×19股預應力鋼絞線，直徑為21.6mm，長度為5200mm，鋼帶是“蝶形”鋼帶，規格為4500×220×4mm，網片采用10#鐵絲編織而成，規格為6300×1000mm，錨桿排距800mm，間距700mm，錨索排距1600mm，間距為1200mm和1500mm。

巷幫支護參數為：錨桿直徑為18mm，長度為2500mm，材質為圓鋼錨桿，錨索直徑為17.8mm，長度為4200mm，W鋼護板的規格為280×450×4mm，網片采用10#鐵絲編織而成，規格為3500×1000mm，巷幫支護排距800mm，間距900mm。支護斷面圖如圖4所示。

15105巷在使用全螺紋錨桿進行支護時，巷道變形極其嚴重，以致最后閉巷重新掘進，在頂板更換支護材料后，由于巷幫支護強度沒有發生根本改變，巷道變形量依舊很大，并且隊組習慣性的長掘長支嚴重的違背了錨桿支護的核心理念，巷道在回采前也進行了大量的修復。

2.3 現場窺視

為詳細了解巷道圍巖變形情況，在15105補進風巷頂板和兩幫分別布置了鉆孔進行窺視，窺視結果如圖5所示。窺視結果表明：

（1）15#煤K2灰巖頂板厚度一般為0～3m，平均為2.3m。灰巖內水平層理發育，為水平層狀巖層，內部富含方解石脈；

（2）灰巖受到擾動較小時較為完整。表現為在掘進初期頂板較為完整，但受到后期地應力變化、巷道變形、采動影響時層狀發育的頂板在水平剪切作用下發生離層、錯動，在縱橫交錯的方解石脈參與下，發生縱橫切割，而導致整體破壞而發生頂板離層、下沉、破碎；

（3）灰巖頂板上部砂質泥巖整體性較好，僅在巷道變形較大部位處有零星裂隙區，一般影響范圍在5m以內；

（4）兩幫煤體較為軟弱破碎，破壞范圍一般為0～1.4m，內部為松軟區，分布有零星裂隙，以松軟型破碎為主。

3 巷道變形原因分析

根據現場收集到的資料綜合分析，15105補進風巷變形的原因主要有：

（1）地應力大。該處巷道埋深在700～826m之間，屬深部礦井，埋深大，地應力隨之也增大；

（2）采動影響劇烈。15105補進風巷距15103回風巷之間的煤柱為40m左右，巷道在掘進時，上區段工作面正在回采，形成對穿，采動影響劇烈；

（3）圍巖弱。巷道直接頂灰巖結構性差，并含有方解石礦脈，進一步降低了頂板巖石的強度，兩幫煤體和底板軟弱，尤其是巷幫上部有1m多厚的煤體極其松軟，在巷道掘進時極易片幫超寬；

（4）原有支護強度低，支護構件不匹配。巷道正掘段頂板錨桿為全螺紋錨桿，巷幫采用的圓鋼錨桿，支護強度低，正掘段錨桿錨索布置在同條鋼帶上，高預緊力的錨索使錨桿失去支護作用，而單純靠錨索也無法對頂板進行有效支護，支護構件不匹配；

（5）施工工藝不符合錨桿支護技術理念。巷道在掘進時掘2排支2排，甚至掘4排支4排，和錨桿支護的核心理念及時主動嚴重相違背，喪失了控制圍巖變形的絕佳時機。

4 綜合注漿加固方案及效果分析

巷道已經發生了嚴重的變形，直接在巷道表面進行錨桿錨索補強達不到理想的支護效果，必須要先恢復圍巖的完整性，再進行錨桿錨索補強支護。為此經過綜合分析，決定首先對巷道兩幫進行注漿加固。具體方案是：對巷幫圍巖進行深淺孔注漿，淺孔注漿的鉆孔深度為3000mm，深孔注漿的鉆孔深度為8000mm，淺孔注漿布置方式如圖6所示，深孔注漿鉆孔布置方式同淺孔，鉆孔布置在兩排淺孔之間。淺孔注漿壓力為1～2MPa，深孔注漿壓力為4～6MPa，并且要注意施工的工藝和質量。

巷道在進行注漿加固后再采用高預應力錨桿錨索支護系統進行加固支護。經觀測，巷道兩幫變形量基本上控制在300mm左右，頂板下沉量控制在200mm左右。在本工作面超前段，巷道雖再次經受強烈的超前壓力影響，但采用了加強支護后基本上能滿足工作面的正常使用。

5 結語

（1）深部礦井動壓巷道采用簡單的支護無法控制巷道圍巖的變形；

（2）巷道變形的主要原因是地應力大，動壓影響劇烈，圍巖強度低，結構性差，支護強度低，支護構件不匹配，支護不及時等；

（3）針對深部動壓巷道的維護，在恢復巷道圍巖完整性的基礎上再進行強力支護完全能將巷道的變形控制要求的范圍之內。

參考文獻

[1] 袁和生.煤礦巷道錨桿支護技術[M].北京：煤炭工業出版社，1997：56-60.

[2] 宋振騏.實用礦山壓力與控制[M].徐州：中國礦業大學出版社，1990：104-107.

[3] 張農.巷道滯后注漿圍巖控制理論與實踐[M].徐州：中國礦業大學出版社，2004：19-21.

[4] 李學華，王衛軍，侯朝炯.加固頂板控制巷道底鼓的數值分析[J].中國礦業大學學報，2003（4）：98-101.

[5] 萬志軍，李學華，劉長友，等.深井復雜條件下回采巷道高強度錨桿支護技術[J].煤炭科學技術，2004（6）：15-17.

[6] 董正坤，朱慶華，李廣余.注漿加固技術研究[J].礦山壓力與頂板管理，2000（4）：44-46.

[7] 韓立軍，賀永年.破裂巖體注漿加錨特性模擬數值試驗研究[J].中國礦業大學學報，2005（4）：418-422.