宇昌煤業(yè)+550水平材料大巷II段圍巖控制技術(shù)應(yīng)用研究

梁小龍

（山西陽城陽泰集團(tuán)宇昌煤業(yè)有限公司，山西 陽城 048105）

1 工程概況

山西陽城陽泰集團(tuán)宇昌煤業(yè)股份有限公司現(xiàn)階段正在進(jìn)行3#煤層的采掘工作，3#煤層對應(yīng)地面標(biāo)高 +700～+850m，井下標(biāo)高 +575～+605m，地面為荒坡和山地，無建筑物和小井等。3#煤層平均厚度約為4.8m，煤層傾角3-8°，煤層走向近南北，傾向東西，煤質(zhì)硬度為f=1-2，全區(qū)穩(wěn)定可采。3#煤層頂?shù)装宥酁槟鄮r，其頂?shù)装鍘r層詳細(xì)的特征如表1所示。3#煤層采用“綜采放頂煤”的采煤方法進(jìn)行回采，采高2.0m，放頂煤高度2.8m。3#煤層主采水平井下標(biāo)高為+550m，此次研究的對象為+550水平材料大巷II段，其位置詳情如圖1所示，+550水平材料大巷II段（下文中簡稱為材料大巷）位于+550水平皮帶大巷北側(cè)，各個(gè)大巷間煤柱寬度為30m，材料大巷巷道矩形斷面為5.0×3.5m，巷道總長度為970m，在為3#煤層回采工作面服務(wù)期間，該區(qū)域的大巷局部巷段圍巖出現(xiàn)明顯的變形現(xiàn)象，本文以材料大巷為研究對象，意在解決+550水平各條大巷圍巖過度變形的問題。

表1 3#煤層綜合柱狀圖

圖1 +550水平材料大巷II段位置關(guān)系圖

2 材料大巷變形破壞特征分析

2.1 材料大巷原有支護(hù)方案

宇昌煤礦材料大巷為矩形斷面，斷面尺寸為5.0×3.5m，沿煤層底板掘進(jìn)，為全煤巷道，原有支護(hù)方式為錨桿＋錨索+梯子梁+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。①頂板支護(hù)，頂板錨桿采用Φ22－M24－2400mm螺紋鋼錨桿，錨固劑采用一支K2360和三支M2650樹脂錨固劑，錨固方式為全長錨固，頂板每排布置6根錨桿，間排距900×1000mm，距離巷幫250mm，錨桿間采用直徑14mm的鋼筋梯子梁聯(lián)結(jié)，頂網(wǎng)采用網(wǎng)孔尺寸為40×40mm的經(jīng)緯網(wǎng)，網(wǎng)片尺寸長×寬=5400×1050mm，所有錨桿垂直頂板施工；頂板錨索采用長度為5300mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，采用“二二”布置，間排距為1800×2000mm，錨固劑為兩支K2365和三支M2650樹脂錨固劑，錨索垂直頂板安裝。②兩幫支護(hù)，兩幫錨桿規(guī)格與頂板相同，間排距為950×1000mm，每排4根，靠近頂?shù)装宓腻^桿分別舉例頂板、底板250mm、400mm，金屬網(wǎng)采用網(wǎng)孔為40×40mm的經(jīng)緯網(wǎng)，網(wǎng)片尺寸長×寬=3300×1050mm。

2.2 材料大巷圍巖變形現(xiàn)狀分析

為具體了解材料大巷在現(xiàn)有支護(hù)條件下圍巖的變形情況，對3#聯(lián)絡(luò)巷和2#聯(lián)絡(luò)巷間970m材料大巷整個(gè)巷段的圍巖位移進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，并在不同變形特征的巷段進(jìn)行頂板窺視[1～2]，以2#聯(lián)絡(luò)巷為起點(diǎn)，根據(jù)里程標(biāo)記巷段，匯總得到材料大巷變形情況如表2所示。

表2 材料大巷圍巖破壞特征

根據(jù)對材料大巷頂板的鉆孔窺視結(jié)果表明，在圍巖破碎和嚴(yán)重變形的巷段，頂板巖層0～1.5m深度范圍內(nèi)存在多處環(huán)向裂隙，1.5～3.5m圍巖破碎嚴(yán)重，多處出現(xiàn)明顯的空洞，4～6.5m存在多個(gè)較大的縱向裂隙，根據(jù)窺視結(jié)果可知，此類巷段頂板巖層的破碎帶深度可達(dá)6.5m，圍巖主要為碎脹破壞，而原有支護(hù)錨索長度僅為5.3m，無法將頂板破碎巖層懸吊在堅(jiān)硬巖層內(nèi)[3～4]，因此設(shè)計(jì)采用注漿+錨網(wǎng)索進(jìn)行返修。材料大巷頂板輕微下沉的巷段窺視結(jié)果表明，環(huán)向裂隙、豎向裂隙和圍巖較為破碎等情況多位于深度0～2.2m深度范圍內(nèi)，頂板破碎帶深度在2.4m以內(nèi)，頂板下沉主要由于頂板錨索的強(qiáng)度不足，因此設(shè)計(jì)采用強(qiáng)力錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。材料大巷圍巖完整的巷段，頂板破碎帶深度在2.0m以內(nèi)，原有支護(hù)能夠有效的控制圍巖變形，決定暫不采取補(bǔ)強(qiáng)措施。

3 材料大巷圍巖變形控制技術(shù)

3.1 圍巖破碎和嚴(yán)重變形段圍巖控制技術(shù)

1）圍巖注漿。材料大巷圍巖破碎段（0～60m）和嚴(yán)重變形段（345～670m）需要進(jìn)行注漿加固，在進(jìn)行鉆孔注漿前，首先在巷道表面掃噴約100mm厚的C30水泥混凝土，防止?jié){液從圍巖表面滲漏，頂板注漿孔采用“四三四”布置方式，孔間距為1600mm，排距為2000mm，每幫布置兩個(gè)注漿孔，間排距為2000mm，注漿鉆孔的布置詳情如圖2所示，頂板和兩幫注漿孔的深度為6.0m、7.0m、8.0m不等，主要根據(jù)頂板鉆孔的窺視結(jié)果調(diào)整，注漿孔直徑為36mm，采用埋管注漿技術(shù)，注漿管直徑為30mm，注漿管深入孔內(nèi)距離孔底500mm，采用水泥、水玻璃漿，注漿壓力為 5～7MPa。

圖2 注漿孔布置示意圖

2）擴(kuò)巷后錨桿錨索支護(hù)。對于圍巖破碎段和嚴(yán)重變形段圍巖注漿后，對頂板和兩幫進(jìn)行擴(kuò)刷，恢復(fù)材料大巷設(shè)計(jì)斷面后采用錨網(wǎng)索梁聯(lián)合支護(hù)：①頂板支護(hù)，頂板錨桿采用Φ22－M24－2400mm螺紋鋼錨桿，每排5根，間排距為1100×1000mm，錨固方式為樹脂加長錨固，采用MSK2335和MSZ2360樹脂藥卷各一支，錨固長度為1.2m，錨桿間鋼筋梯子梁由14#圓鋼焊制，頂板和兩幫金屬網(wǎng)改為網(wǎng)孔為30×30mm的菱形網(wǎng)，所有錨桿均垂直頂板安裝，安裝時(shí)預(yù)緊力為400～500N·m。頂板錨索采用長度8300mm的強(qiáng)力錨索，錨索采用“五花”布置，排距為1000mm，兩個(gè)錨索時(shí)間距1800mm，三根時(shí)間距1700mm，垂直頂板安裝，采用一支MSK2335和兩支MSZ2360樹脂藥卷加長錨固，錨固長度1.97m；②兩幫支護(hù)錨桿規(guī)格和頂板相同，間排距為1000×1000mm，兩幫錨索采用長度4300mm的強(qiáng)力錨索，間排距為2000×2000mm，錨索距離頂?shù)装甯叨葹?50mm。材料大巷圍巖破碎段和嚴(yán)重變形段支護(hù)詳情如圖3所示。

圖3 擴(kuò)巷后支護(hù)斷面圖

3.2 輕微變形段圍巖控制技術(shù)

材料大巷頂板輕微下沉的巷段，對圍巖進(jìn)行擴(kuò)刷后重新進(jìn)行支護(hù)：①頂板支護(hù)采用長度為4300mm和8300mm的強(qiáng)力錨索，短錨索每排5根，間排距為1100×1000mm，均垂直頂板安裝，長錨索采用“五花”布置，排距為1000mm，三根時(shí)間距1700mm，兩根時(shí)間距1800mm，頂板金屬網(wǎng)采用網(wǎng)孔30×30mm的菱形網(wǎng)，長、短錨索均采用一支MSK2335和兩支MSZ2360樹脂藥卷加長錨固；②兩幫支護(hù)，兩幫錨桿采用原有錨桿，錨固劑為MSK2335和MSZ2360樹脂藥卷各一支，間排距為1000×1000mm，幫錨索與頂板短錨索相同，間排距為2000×2000mm。支護(hù)詳情如圖4所示。

圖4 頂板輕微下沉段支護(hù)方案

4 材料大巷圍巖控制效果

為考察對于材料大巷圍巖的控制效果，在返修后的材料大巷內(nèi)和臨近的皮帶大巷II段內(nèi)分別布置圍巖位移監(jiān)測點(diǎn)，經(jīng)過為期一個(gè)月的監(jiān)測得到圖5所示的結(jié)果，材料大巷圍巖變形嚴(yán)重段通過注漿+錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)后，其巷道變形量相對于臨近的皮帶大巷顯著的減小，斷面收縮量約為皮帶大巷的四分之一。材料大巷頂板輕微下沉的巷段，采用優(yōu)化后的支護(hù)方式其圍巖位移量也顯著的減小。總體而言，返修后的材料大巷圍巖穩(wěn)定性很好，能夠滿足其安全正常使用的需求。

圖5 材料大巷圍巖位移變化特征

5 結(jié)論

宇昌煤業(yè)+550m水平材料大巷II段成巷后，圍巖出現(xiàn)明顯的變形現(xiàn)象，通過現(xiàn)場圍巖位移觀測及頂板鉆孔窺視分析其圍巖變形特點(diǎn)，根據(jù)巷道圍巖的變形和破碎情況對材料大巷進(jìn)行分段，設(shè)計(jì)對圍巖破碎段和嚴(yán)重變形段采用圍巖注漿+錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)進(jìn)行返修，對于頂板輕微下沉段采用錨桿+強(qiáng)力錨索進(jìn)行支護(hù)，應(yīng)用過程中進(jìn)行圍巖位移監(jiān)測，返修后的材料大巷圍巖穩(wěn)定性很好，該方法可用于該區(qū)域各個(gè)大巷的返修。