泥巖復合底抽巷變形圍巖控制技術研究

史海鵬

（山西晉煤集團宏圣公司，山西 晉城 048006）

1 概況

岳城煤礦主采3#煤層，由于本煤層瓦斯抽采效果不理想，因此在綜采工作面采用底抽巷抽采方式進行瓦斯治理。以1303 工作面為例，底抽1 巷層位選擇在K6 灰巖和K7 砂巖之間，K6 灰巖和K7砂巖之間巖層厚度平均在2～3 m 左右，巷道高度為3.3 m。1303 工作面底抽巷位置如圖1。

底抽1 巷在施工至200 m 左右時，由于頂板工程用水和抽采鉆場采動的相互作用，造成原支護結構失效、頂板離層掉渣嚴重，必須對底抽巷失穩情況進行分析，對原巷道圍巖控制方案進行改進。

2 底抽巷原支護

底抽巷原采用錨網梁聯合支護+錨索補強方式，其巷道支護設計及頂板（A 向）、兩幫（B 向、C 向）支護設計如圖2、圖3。

圖1 1303 工作面底抽巷布置圖

底抽巷毛高3.3 m，凈高3.2 m，毛寬5 m，凈寬4.8 m，采用錨網梁聯合支護+錨索補強方式。頂板支護采用MSGLW-500/22-2000-M24 型錨桿，排距1200 mm，間距1100 mm，每排5 根錨桿，以巷道中心線居中向兩側布置，靠幫側錨桿距幫300 mm，配合T4600×80/16-80×80-5 鋼筋托梁；錨網采用10#鐵絲編織的金屬菱形網護頂，型號為JW10/35-1.4×5.4。補強支護采用規格為SKP22-1/1720-6300型錨索，尾部配有高強度鎖具，排距為1200 mm，間距為1800 mm，每排2 根錨索，以巷道中心線居中向兩側布置，靠幫側錨桿距幫1600 mm，與頂板垂直打注。巷幫支護錨桿排距1200 mm，間距為1000 mm，每排三根錨桿，頂角錨桿距頂板400 mm，底角單體錨桿距底板900 mm；錨索與錨桿按排間隔布置，排距為1200 mm，間距1200 mm，每排2 根錨索，最上一根錨索距頂800 mm，最下一根錨索距底1300 mm，配合T1400×80/16-80×80-2鋼筋托梁。

圖2 巷道原支護斷面設計圖

圖3 巷道原頂板、兩幫支護設計圖

3 原支護失效原因分析

失效段底抽巷的頂板錨固范圍內自下而上巖性已變異為泥巖+K7 砂巖+泥巖，局部為全泥巖。監測結果表明，底抽巷圍巖變形嚴重的區域頂底板移近量已超過1 m，其中頂板下沉量約0.7～1.0 m，底鼓量約0.3 m，兩幫移近量約0.3 m，兩幫中上部經常出現兜網現象，兜網形狀大體為上窄下寬紡錘型，平均寬15～30 cm，長40～60 cm，形成的兜網大都處于相鄰兩排錨桿之間，且沿底抽巷走向兩幫中上部連續分布20～30 排。此外現場資料還表明，底抽巷圍巖極易風化和水化，抽采鉆場施工過程中常伴有圍巖破碎片幫現象。由岳城礦3#煤底抽巷圍巖變形的時空分布特征可知，底抽巷抽采鉆場的擾動對其圍巖變形影響顯著，這同時與底抽巷圍巖類型及其力學特性直接相關。

4 方案設計

綜合3#煤層地質情況、現場揭露巖層信息和底抽巷圍巖變形規律，對比底抽巷原支護方案，提出了泥巖+K7 砂巖+泥巖頂板條件下錨網索噴支護方案，在此基礎上進行補強或架棚支護。

泥巖+K7 砂巖+泥巖頂板條件下巷道支護設計如圖4、圖5。

圖4 泥巖+K7 砂巖支護斷面設計圖

當頂板直接頂為泥巖，之上為K7 砂巖，且直接頂泥巖厚度小于4.5 m 的區域，初設支護在原支護上進行如下動態調整：針對施工過程中頂板較破碎，可根據鉆孔窺視等測試手段，確定主要離層區或破碎區高度，將頂板每排全部錨桿或除兩頂角錨桿替換為6300 mm 的錨索，其他支護方式不變；針對巷道施工過程中遇圍巖發生不穩定變化或構造時，將排距縮小為1 m，其他支護方式不變；若幫部圍巖條件較好，可不打設排距為1200 mm 的錨索，將每排自上而下的第一根和第二根錨桿或僅第二根錨桿替換為型號SKP22-1/1720-5300 的錨索，其他支護參數不變；針對幫部圍巖條件較差，可將每排自上而下的第一和第二根錨桿替換為型號SKP22-1/1720-5300 的錨索，并保留排距為1200 mm 的兩根錨索或第一根錨索，其他支護參數不變。

圖5 泥巖+K7 砂巖頂板、兩幫支護設計圖

5 對比分析

與底抽巷原支護方案相比，優化支護方案充分考慮了底抽巷礦壓特征、變形機制及圍巖結構類型的因素對底抽巷穩定性的影響，除了錨桿索布置參數有不同之處，優化方案在兩幫增加補強錨索對兩幫中上部巖體受密集抽采鉆孔打設擾動而變形的抑制能力，從而提高了兩幫對頂板支持的剛度和強度，進一步加大了對頂板下沉變形的控制能力。此外，底抽巷還可以通過掘支后的及時初噴和抽采擾動后的二次復噴封閉措施及抽采鉆場施工前后兩次注漿加固措施，很大程度上降低掘進和抽采鉆場施工過程中對圍巖的振動破碎、水侵泥化等弱化擾動，提高圍巖的抗風化和抗浸水能力，提高圍巖結構的完整程度及圍巖的剛度和強度。

6 現場試驗及結論

在1303 工作面底抽1 巷布置綜合測站，分別對350 m 范圍內巷道原支護地段和優化支護后地段巷道頂板、兩幫圍巖變形情況進行實時觀測，其結果如圖6。

圖6 礦壓觀測數據對比圖

由圖6 可知，1303 底抽1 巷采用原支護方案時，巷道初期變形雖然得到控制，但隨著掘進距離的不斷增加，頂板圍巖受力不斷集中，最終在200 m 左右圍巖塑性被破壞，出現大量離層。采用優化支護方案后，巷道主動支護能力顯著增加，頂底板、兩幫圍巖變形情況明顯降低，隨著巷道掘進并基本保持穩定。說明優化后支護方案能夠明顯提高對圍巖變形的控制能力，尤其是在兩幫增加錨索補強，對兩幫中上部巖體受密集抽采鉆孔打設擾動而引起的變形起到了較好的抑制作用，提高了兩幫對頂板支持的剛度和強度，進一步加大了對頂板下沉變形的控制能力。