4316 工作面復用巷道支護技術研究

孟小朋

（山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責任公司成莊礦，山西 晉城 048021）

我國煤礦主要為井工開采，巷道的圍巖穩(wěn)定[1-2]是保證礦井安全開采的重要保證。由于煤礦地質條件復雜、構造發(fā)育，加之強烈采動影響，增大了巷道的圍巖控制難度，復雜地質條件的巷道支護技術也是廣大工程技術人員的重點攻關方向[3-4]。本文以成莊礦43162 巷為背景，結合生產實踐經驗，分析了厚煤層復雜地質條件復用巷道支護技術，可為同類礦井提供借鑒。

1 工程概況

成莊礦4316 工作面為大采高工作面，開采3號煤層，煤層平均厚5.7 m，煤層傾角在2°～12°之間，平均為6°。煤層直接頂和基本頂均為砂質泥巖，局部夾薄層細砂巖，致密完整，厚度22.53 m，普氏硬度f=2.1，屬中等不穩(wěn)定頂板；煤層直接底為細砂巖，厚1.9 m，含泥質較高；基本底為砂質泥巖，厚2.8 m。4316 工作面在四盤區(qū)盤區(qū)大巷以北，4312 工作面以西，5305 和5307 工作面以南，工作面布置如圖1。43162 巷位于43163 和43164 巷之間，與兩巷之間的煤柱凈寬均為45 m。43162 巷為4316 工作面回風巷，為復用巷道，在4316 工作面回采完畢后還需要為下個工作面服務。巷道沿煤層頂板掘進，為矩形斷面，掘寬5.0 m，掘高4 m，長2 194.871 m。根據三維地震勘探資料顯示，43162巷在掘進過程中會揭露KDX112 陷落柱和KDF60正斷層。

圖1 工作面布置圖

2 巷道支護方案

根據以往工作面回采經驗，工作面回采時，受工作面動壓影響，頂板砂質泥巖會產生裂隙，頂板上部細砂巖含水會沿著頂板裂隙下滲至工作面，從而造成頂板淋水產生，弱化巷道頂板，并腐蝕錨桿索支護系統(tǒng)，導致巷道支護強度降低，圍巖變形增大。43162 巷直接頂和基本頂均為砂質泥巖，穩(wěn)定性低，且該巷道為復用巷道，需經歷兩次動壓影響，服務時間長，解決采動壓力和砂巖水對巷道頂板安全的影響，對保證礦井安全生產具有重要意義。

為了保證43162 巷在服務期間的圍巖穩(wěn)定和頂板安全，在提高巷道錨桿索支護強度的同時，還需重點解決因巷道頂板淋水腐蝕支護系統(tǒng)，造成巷道支護效果差的問題。需從提高巷道支護強度，封堵圍巖裂隙控制巷道頂板淋水的角度出發(fā)，解決巷道支護的問題。

2.1 掘進期間錨桿索支護

針對上述問題，在巷道掘進后首先應采用高強錨桿對巷道進行加強支護（如圖2），參數如下。

（1）頂板支護

頂板錨桿采用500 號鋼材的高強度左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，直徑22 mm，長2400 mm，每排5 根錨桿，間距為1050 mm，排距為1000 mm，兩邊錨桿距巷幫各400 mm，垂直頂板打設；錨桿采用一支MSK2335 和一支MSZ2360 錨固劑的加長錨固，錨固力為150 kN，預緊力矩為400 N·m；采用W鋼帶連接，規(guī)格為BHW-280-4-4500；采用10 號鐵絲編制的規(guī)格為5500 mm×1200 mm 金屬菱形網護表，網孔50 mm×50 mm。頂板錨索為高強度低松弛預應力鋼絞線，規(guī)格為SKP22-1/1720×7400；采用“2-0-2”形式布置，錨索間距為2000 mm，距巷幫均為1500 mm，垂直頂板打設；采用一支MSK2335 和兩支MSZ2360 錨固劑錨固，預緊力為250 kN。

（2）巷幫支護

巷幫同樣采用500 號鋼材的高強度左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，直徑22 mm，長2400 mm，每排4 根錨桿，間距和排距均為1000 mm，上部一根距頂板500 mm，下部一根距底板500 mm，均垂直巷幫打設；錨固方式、錨固力和預緊力距均和頂板保持一致；采用規(guī)格為4000 mm×1200 mm 金屬菱形網護表，網孔50 mm×50 mm。

圖2 錨桿索支護圖

2.2 回采期間錨索補強支護

由于43162 巷為二次復用巷道，需經歷兩次動壓影響，因此為保證巷道穩(wěn)定，在首個工作面回采前需采用錨索對巷道頂板進行補強。具體為超前工作面不少于300 m，采用同規(guī)格SKP22-1/1720×7400 錨索對頂板補強，補強錨索布置形式為“3-0-3”，與原頂板錨索間隔布置。補強后頂板錨索呈“3-2-3”，補強錨索間距為1500 m，兩邊兩根錨索均距巷道1000 mm，錨索錨固方式及預緊力均與原頂板錨索支護保持一致。

2.3 巷道圍巖裂隙封堵

根據成莊礦以往生產經驗，回采巷道經歷采動影響后圍巖裂隙發(fā)育，特別是在構造區(qū)域極易引起頂板淋水，因此需對構造影響區(qū)巷道圍巖裂隙進行封堵。結合工作面采動應力分布特征，為提高巷道圍巖裂隙封堵效果，采用兩次注漿的方式，對巷道圍巖裂隙進行注漿封堵，同時可提高巷道圍巖強度。

（1）超前一次封堵

根據工作面采動超前支承壓力分布特點，其前方存在應力降低區(qū)和應力升高區(qū)。結合巖石應力應變曲線可知，受工作面采動影響，工作面前方煤巖體由原巖應力狀態(tài)逐步進入超前應力升高區(qū)，煤巖體裂隙逐步擴展增加，此時煤巖體處于塑性狀態(tài)，并未破壞，仍具有較高的承載能力，此時對巷道圍巖體進行注漿封堵，不僅能夠封堵圍巖裂隙，防止頂板砂巖水的滲入，而且有助于提高圍巖的承載能力，從而提高巷道的穩(wěn)定性。因此在巷道工作面前方施工注漿鉆孔，并在距工作面20～40 m 時進行注漿封堵施工。

鉆孔布置參數：在巷道兩幫布置注漿封堵鉆孔，分上下兩排，采用“三花”布置，上排鉆孔距頂板1000 mm，下排鉆孔距頂板2500mm；每排之間鉆孔間距為3000 mm，交錯布置；鉆孔深度為8 m，水平垂直巷幫施工。由于地質構造影響，巷道頂板極易出現淋水，在巷幫注漿封堵的基礎上，還需對巷道頂板進行注漿封堵。巷道頂板鉆孔為每排兩個，間距2500 mm，排距3000 mm；兩個鉆孔各距巷幫1250 mm；鉆孔沿巷道軸向布置，傾向工作面后方，仰角不小于75°；鉆孔深度為8 m。具體如圖3。

圖3 一次注漿加固鉆孔布置圖

（2）滯后二次加固

工作面回采過后，上覆頂板仍要經歷劇烈的運動，對工作面后方巷道產生很大的影響，圍巖會出現二次破壞。因此需在工作面后方對巷道圍巖進行二次注漿加固，強化圍巖的承載能力。加固僅在巷道兩幫布置注漿加固鉆孔，鉆孔布置參數同一次注漿封堵，同樣呈“三花”布置，分上下兩排，與一次注漿封堵鉆孔交錯布置，共同呈現矩形布置形式。二次注漿加固鉆孔布置圖如圖4。

圖4 二次注漿加固鉆孔布置圖

3 應用效果

43162 巷在整個服務期間持續(xù)進行了巷道圍巖變形觀測，正常區(qū)域巷道圍巖變形量不大。在構造影響區(qū)巷道經頂板錨索補強和圍巖注漿后，一次采動壓力影響期間巷道整體變形量可控，頂板最大下沉量小于260 mm，兩幫最大移近量小于380 mm；二次采動壓力影響期間，巷道超前支護段兩幫移近量較大，但未超過470 mm，能夠滿足巷道安全使用。經注漿后，巷道圍巖裂隙得到有效封堵，在整個巷道服務期間，構造區(qū)巷道頂板淋水較小，僅出現間歇性滴水現象。可見采用頂板加強支護和二次注漿封堵加固后，巷道圍巖裂隙得到充填，圍巖整體性提高，巷道圍巖變形得到有效控制，保證了復用巷道的安全使用。

4 結論

（1）回采巷道在工作面采動應力影響下，巷道裂隙擴張，特別是在構造影響區(qū)，極易導致頂板裂隙水和砂巖水滲入巷道，不僅弱化頂板，而且會腐蝕巷道支護系統(tǒng)，導致巷道支護強度降低，圍巖變形增大，使得巷道圍巖支護難度劇增，是造成復用巷道失穩(wěn)的主要因素。

（2）43162 巷采用頂板錨索補強、超前一次注漿封堵和滯后二次注漿加固的巷道支護技術后，構造影響區(qū)巷道圍巖變形量得到有效控制，頂板淋水得到有效改善，保證了巷道服務期間的安全使用。