雙翼開采條件下煤層大巷穩定性控制技術

張 維

(陜西黃陵二號煤礦有限公司，陜西 黃陵 727307)

0 引言

黃陵礦區煤田地質條件相對簡單，煤層較厚，大巷多布置在煤層內[1]，受兩翼工作面采動應力的影響，如果支護方式不當，易發生嚴重失穩變形[2-3]。黃陵二號煤礦四盤區煤層平均厚度為5 m，共布置4條大巷：1#輔助大巷、2#輔助大巷、回風大巷以及膠帶大巷。4條大巷均沿煤層布置，受兩翼工作面回采的影響，大巷出現了頂板冒落、幫部內鼓、片幫及底鼓等現象，嚴重影響了礦井正常的安全高效開采。因此，開展雙翼開采條件下大斷面煤層巷道穩定控制技術研究，對于黃陵二號煤礦及類似地質條件下煤礦的安全高效開采具有較高的現實意義及實踐價值。

1 巷道失穩特征分析

1.1 巷道概況

黃陵二號煤礦主采2#煤層，四盤區埋深500 m，4條大巷位于四盤區中部，兩翼布置工作面。大巷均采用半圓拱形斷面，如圖1所示。

圖1 四盤區大巷支護斷面

大巷均采用錨網噴支護，錨桿采用φ20 mm×2 100 mm螺紋鋼錨桿，錨桿的間排距為800 mm×800 mm，采用菱形布置，每根錨桿采用2節錨固劑進行錨固，分別為1節MSK2330型和1節MSZ2335型錨固劑。網片均為φ6.5 mm鋼筋網片，孔格為150 mm×150 mm。錨索均采用的單錨索，規格為φ17.8 mm×8 300 mm鋼絞線，以3根/2 m的形式布置，每根錨索采用4節錨固劑進行錨固，分別為1節MSK2335型、1節MSZ2335型和2節MSZ2360型錨固劑，單錨索托盤采用16b槽鋼加工，長度為400 mm。噴漿厚度100 mm，強度C20。

1.2 巷道失穩破壞特征

根據四盤區大巷破壞失穩形態如圖2所示，現場實測可知在兩翼工作面回采期間，4條大巷均受到了兩翼工作面回采的影響，產生了嚴重的破壞失穩，影響了四盤區工作面的安全高效生產，表1為大巷破壞失穩特征。

表1 大巷破壞失穩特征

1.3 巷道失穩因素分析

四盤區內，煤層上方為泥巖和砂質泥巖，厚度分別為1 m和4 m。直接底為泥巖，厚度1.4 m。頂底板單軸抗壓強度分別為46.1 MPa和45.2 MPa，根據《工程巖體分級標準》，四盤區大巷的頂底板均屬于次堅巖，且接近于軟巖。

根據礦井地質圖，四盤區煤層呈旋回構造如圖3所示。4條大巷均位于該旋回構造的中部，大巷附近的水平地應力較大。同時，4條巷道均屬于大斷面巷道，圍巖應力易集中，加上受工作面回采的影響，大巷附近圍巖應力進一步集中，最大可達2.5。

a-1#輔助大巷；b-2#輔助大巷；c-2#輔助大巷；d-回風大巷；e-膠帶大巷圖2 大巷破壞失穩形態

圖3 四盤區煤層底板等高線分布趨勢

根據現場窺視結果，大巷圍巖破碎的最大深度為2.2 m，而支護錨桿僅為2.0 m，這也表明了大巷原有的支護方案不合理，提供的支護強度不足，這也成為了四盤區大巷發生破壞失穩的重要因素。

2 巷道穩定性控制技術

2.1 大巷破壞失穩段修復加固

修復加固方式：針對大巷圍巖已破碎的實際情況，采用“壁后注漿+巷道斷面擴刷+永久支護+二次注漿加固”的方式，對大巷破壞段進行修復加固。壁后注漿是采取將注漿孔均勻交叉布置，漿液灌入圍巖裂隙，最終砼與圍巖結合形成整體，達到加大巷道圍巖承壓強度目的。設計注漿孔排距為4.0 m，孔深為5.0 m，孔間距1.5～2.0 m，每排施工7個鉆孔，其中兩幫各2個注漿孔，拱形頂部施工3個注漿孔。注漿以水泥單液漿為主，水泥漿水玻璃雙液漿為輔的注漿方式，待注漿凝固后，再對巷道進行擴刷時，巷道破碎圍巖已進行膠結，未發生大面積的片幫情況。大巷破壞失穩段采用“錨桿+錨索+網+16b槽鋼梁+噴漿”聯合支護方式進行修復。

頂幫錨桿：采用φ22 mm×3 500 mm螺紋鋼錨桿，每根錨桿采用1節K2335型和3節Z2360型錨固劑進行全長錨固，錨桿托盤采用Q235鋼板，規格為200 mm×200 mm×12 mm，錨桿間排距為800 mm×800 mm，菱形布置。

頂板錨索：均采用“一梁五索”布置，錨索規格為φ21.8 mm×12 300 mm19芯防腐錨索，錨索梁采用16b槽鋼加工，梁長6 400 mm，孔距為1 500 mm，每根錨索均采用1節K2850型和3節Z2850型錨固劑進行錨固，錨索間排距為1 500 mm×1 600 mm。

幫部錨索：均采用“一梁兩索”沿豎直方向布置，錨索規格為φ21.8 mm×6 300 mm19芯防腐錨索，錨索梁采用16b槽鋼加工，梁長1 300 mm，孔距為1 000 mm，每根錨索采用1節K2850型和3節Z2850型錨固劑進行錨固，錨索間排距為1 000 mm×1 600 mm；網片采用φ6.5 mm冷拔鋼筋網片，規格為1 000 mm×2 000 mm，孔格為100 mm×100 mm。噴漿厚度為100 mm，混凝土強度為C20。

2.2 大巷穩定段加固支護方式

對于尚未受損的已掘巷道，為避免發生破壞失穩，在原有支護的基礎上，采用加固支護技術。

膠帶大巷采用φ22 mm×3 500 mm的金屬錨桿，每根錨桿采用1節K2335型和3節Z2360型錨固劑進行全長錨固，錨桿托盤采用200 mm×200 mm×12 mm的Q235鋼板，錨桿間排距為800 mm×800 mm，菱形布置，頂板采用“一梁三索”，錨索為φ21.8 mm×8 300 mm 19芯防腐錨索，錨索梁采用16b槽鋼加工，長度4 500 mm，孔距2 000 mm。

另外3條大巷頂幫錨桿均采用φ22 mm×3 500 mm無縱肋螺紋鋼錨桿，每根錨桿采用1節Z2335型和3節Z2360型錨固劑進行錨固，幫部錨桿托盤配套的M5型托盤，頂板仍采用Q235鋼板，規格為200 mm×200 mm×12 mm，間排距為800 mm×800 mm，矩形布置，兩側底腳的錨桿與巷幫成60°向下施工，其余錨桿與巖壁垂直，頂幫錨桿均采用球形調心墊片保證螺母的緊貼，幫部每排錨桿后壓M5鋼帶，鋼帶長2 m，施工錨桿孔3個，孔距為800 mm。頂板錨索采用“一梁五索”布置，錨索規格為φ21.8 mm×8 300 mm 19芯防腐錨索，錨索梁采用16b槽鋼加工，梁長6 400 mm，孔距為1 500 mm，每根錨索采用1節K2850型和3節Z2850型錨固劑進行錨固，錨索間排距為1 500 mm×1 600 mm;網片采用φ6.5 mm冷拔鋼筋網片，規格為1 000 mm×2 000 mm，孔格為100 mm×100 mm。4條大巷均對支護進行噴漿封閉，噴漿厚度為70 mm，強度為C20。

3 工程實施效果

在大巷失穩破壞段修復過程中及施工后，采用鉆孔窺視以及探地雷達等技術手段，探測了大巷圍巖的完整性，并監測了大巷頂板、底板以及兩幫移近量。現場監測結果如圖4所示。

a-巷道底鼓量；b-兩幫移近量；c-頂板下沉量圖4 現場監測結果

通過鉆孔窺視可知，未進行維修和加固前，巷道圍巖內存在不同程度的裂隙，排除人為施工影響，探孔平滑度差，圍巖裂隙較發育；而在維修加固后，18個探孔內僅出現1個局部小裂隙。

由探地雷達形成的影像圖可知，經過注漿后，僅有零星地點注漿不飽和，大部分區域均能很好地實現注漿效果，起到了固化巖石的目的，增加了圍巖的強度，為后期錨桿、錨索的加固支護創造了條件。

根據監測結果(圖4)可知，在未修復時期內，頂板最大下沉速度約為20 mm/月，兩幫移近速度及底鼓速度約為30 mm/月。通過采用修復加固技術，巷道圍巖運動逐漸趨于穩定，一個月內位移量約為3 mm。

4 結論

(1)在原有支護條件下，黃陵二號煤礦四盤區大巷失穩破壞較嚴重，最大破壞深度為1 500 mm，最大破壞寬度為2 500 mm，嚴重影響了四盤區工作面的安全高效生產。

(2)四盤區大巷發生破壞失穩的因素主要包括巷道圍巖、地質構造、兩翼工作面采動以及支護強度。

(3)通過“壁后注漿+巷道斷面擴刷+永久支護+二次注漿加固”的修復加固技術，對大巷破壞失穩段進行了加固修復，對未受損的已掘大巷，提出了加固支護方案。實測結果表明，大巷加固修復段圍巖穩定，達到了工程目的。四盤區大巷的穩定對該礦井以及類似地質條件下巷道支護提供了工程實例，具有一定的實踐價值和指導意義。