動(dòng)壓巷道圍巖變形規(guī)律及控制技術(shù)研究

尚 健

（山西潞安工程有限公司，山西 長(zhǎng)治 046100）

煤礦巷道掘進(jìn)后處于應(yīng)力平衡狀態(tài)，當(dāng)受到周圍的采動(dòng)影響時(shí)，原有的平衡狀態(tài)被打破，會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中，導(dǎo)致巷道圍巖應(yīng)力增大出現(xiàn)變形破壞，多數(shù)巷道受多次動(dòng)壓影響后反復(fù)維修，甚至一些巷道多年后才能穩(wěn)定下來。我國常采用錨網(wǎng)索支護(hù)、注漿加固等方式提高動(dòng)壓巷道穩(wěn)定性，雖然取得了一定的效果，但是動(dòng)壓對(duì)巷道的影響周期長(zhǎng)，支護(hù)技術(shù)還有待進(jìn)一步優(yōu)化。

1 工作面概況

常村煤礦21150工作面位于第二水平21采區(qū)東翼，埋深約750～900m左右，西側(cè)為21采區(qū)三條下山煤柱，東側(cè)為F16斷層煤柱，工作面上部為已回采的21132工作面，下部為未回采的21170工作面。工作面主采3#煤層，平均厚度6.05m，煤層賦存穩(wěn)定，頂板由粉砂巖和中砂巖構(gòu)成，底板由細(xì)粉砂巖構(gòu)成。工作面回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷掘進(jìn)后受動(dòng)壓影響，變形破壞嚴(yán)重，因此，需要采用合理的支護(hù)措施提高巷道的穩(wěn)定性。

2 動(dòng)壓巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)

2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置位置

在21150工作面運(yùn)輸巷掘進(jìn)至450m、550m位置處分別布置兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)編號(hào)為1#、2#，監(jiān)測(cè)工作面每回采20～30m期間動(dòng)壓巷道圍巖變形量。在運(yùn)輸巷掘進(jìn)至700m、800m位置處分別布置兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)編號(hào)為3#、4#，監(jiān)測(cè)工作面運(yùn)輸巷受動(dòng)壓影響下巷道圍巖變形量。

2.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

（1）1#監(jiān)測(cè)點(diǎn)結(jié)果

在21150工作面運(yùn)輸巷掘進(jìn)至450m布置1#監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 1#監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果

根據(jù)1#監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果，得到巷道圍巖累積變形量，其結(jié)果如圖1所示。

圖1 1#監(jiān)測(cè)點(diǎn)巷道圍巖變形累積量

（2）2#監(jiān)測(cè)點(diǎn)結(jié)果

在21150工作面運(yùn)輸巷掘進(jìn)至550m布置2#監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如表2所示。

根據(jù)2#監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果，得到巷道圍巖累積變形量，其結(jié)果如圖2所示。

圖2 2#監(jiān)測(cè)點(diǎn)巷道圍巖變形累積量

表2 2#監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果

（3）3#監(jiān)測(cè)點(diǎn)結(jié)果

在21150工作面運(yùn)輸巷掘進(jìn)至700m布置3#監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如表3所示。

根據(jù)3#監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果，得到巷道圍巖累積變形量，其結(jié)果如圖3所示。

（4）4#監(jiān)測(cè)點(diǎn)結(jié)果

在21150工作面運(yùn)輸巷掘進(jìn)至800m布置4#監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如表4所示。

圖3 3#監(jiān)測(cè)點(diǎn)巷道圍巖變形累積量

表3 3#監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果

表4 4#監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果

根據(jù)4#監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果，得到巷道圍巖累積變形量，其結(jié)果如圖4所示。

圖4 4#監(jiān)測(cè)點(diǎn)巷道圍巖變形累積量

2.3 動(dòng)壓巷道圍巖變形規(guī)律

由不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和累積圍巖位移圖可以得到動(dòng)壓巷道圍巖變形的規(guī)律，分為3個(gè)階段：

（1）超前變化階段。當(dāng)工作面回采至超前觀測(cè)點(diǎn)20～70m位置處，運(yùn)輸巷圍巖就已經(jīng)開始出現(xiàn)蠕變，變形速率慢且變化不明顯，巷道兩幫圍巖要先于頂?shù)装遄冃巍?/p>

（2）同位變化階段。當(dāng)工作面回采至監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置時(shí)，運(yùn)輸巷圍巖變形量大且變形明顯，兩幫移近量趨近于峰值，頂?shù)装逡平坎粩嘣龃蟆?/p>

（3）滯后變化階段。當(dāng)工作面回采至監(jiān)測(cè)點(diǎn)后40～60m位置時(shí)，運(yùn)輸巷頂?shù)装逡平繙笥谕七M(jìn)位置，在該區(qū)域內(nèi)變形量達(dá)到最大值，兩幫移近量開始減小。

3 動(dòng)壓巷道圍巖控制技術(shù)

3.1 錨網(wǎng)索支護(hù)

21150工作面運(yùn)輸巷頂幫采用錨網(wǎng)索支護(hù)的方式，頂板和幫部錨桿均采用Φ20×2000mm高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，錨桿間距為800mm，排距為1600mm。錨網(wǎng)全斷面掛網(wǎng)，網(wǎng)間搭接100mm，用14#鐵絲聯(lián)網(wǎng)間距為：每隔一孔聯(lián)一扣。錨索使用Φ18.9mm的鋼絞線制作，長(zhǎng)度為6500mm，間距為1600mm。樹脂藥卷采用Φ23×500mm樹脂錨固劑，每根錨索3塊藥卷。錨網(wǎng)索支護(hù)示意圖如圖5所示。

3.2 二次注漿加固

由于21150工作面運(yùn)輸巷受動(dòng)壓影響圍巖變形破壞更加嚴(yán)重，需要對(duì)巷道圍巖進(jìn)行二次注漿加固。沿著巷道軸向共布置5個(gè)注漿孔，巷道注漿長(zhǎng)度60m，孔徑為85mm，孔深4.5m。工作面回風(fēng)巷注漿液選用水泥單漿液，水泥為P.S32.5R普通硅酸鹽水泥，W/C=0.45～0.5，摻加少量水玻璃，提高漿液的流動(dòng)性及和易性。水泥水灰比為2:1、1:1和0.75，注漿液水玻璃選用濃度為35～42Bé，水泥和水玻璃比例為1:1。

注漿開始應(yīng)緩慢升壓，正常為0.5～1.0MPa，終壓為2.0MPa。當(dāng)觀測(cè)圍巖相對(duì)位移達(dá)到30mm時(shí)，表明圍巖1.5m范圍內(nèi)已產(chǎn)生了松動(dòng)裂隙，此時(shí)注漿為最佳時(shí)機(jī)，其漿液有效擴(kuò)散范圍將達(dá)到2m左右。

圖5 錨網(wǎng)索支護(hù)示意圖

3.3 支護(hù)效果檢驗(yàn)

21150工作面運(yùn)輸巷采用錨網(wǎng)索和二次注漿加固后，對(duì)支護(hù)效果進(jìn)行檢驗(yàn)。通過在巷道設(shè)監(jiān)測(cè)站，監(jiān)測(cè)巷道圍巖變形量。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，支護(hù)后巷道圍巖變形量和變形速率都有了明顯的減小，頂板最大下沉量為150mm，兩幫最大移近量為700mm。由此可知，支護(hù)取得了良好的效果，保證了巷道的穩(wěn)定性，有利于工作面的安全回采。

4 結(jié)論

（1）以21150工作面運(yùn)輸巷動(dòng)壓巷道為研究對(duì)象，通過在運(yùn)輸巷掘進(jìn)至450m、550m、700m、800mm布置4個(gè)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)動(dòng)壓巷道圍巖變形規(guī)律。通過監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，動(dòng)壓巷道圍巖變形規(guī)律可以分為超前變化階段、同位變化階段、滯后變化階段，圍巖最大變形量為600mm。

（2）針對(duì)21150工作面受動(dòng)壓影響圍巖變形破壞嚴(yán)重的問題，提出采用錨網(wǎng)索+二次注漿加固的措施對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)，設(shè)計(jì)了支護(hù)參數(shù)和注漿參數(shù)，支護(hù)后巷道圍巖變形量和變形速率都有了明顯的減小，取得了良好的效果。