正利煤業(yè)14-1201 工作面運(yùn)輸巷差異性控制技術(shù)研究

郭晉春

（山西焦煤投資公司正利煤業(yè)，山西 呂梁 033500）

由于我國(guó)煤炭資源賦存條件復(fù)雜多變，導(dǎo)致地下巷道掘進(jìn)同樣面臨著復(fù)雜的圍巖環(huán)境。在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，常常揭露斷層、褶曲、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造，在這些復(fù)雜環(huán)境下，巷道圍巖常常出現(xiàn)冒頂、片幫等大變形現(xiàn)象，甚至造成安全事故，直接影響巷道服務(wù)作用和煤礦正常生產(chǎn)。由于巷道圍巖條件復(fù)雜，單一的巷道穩(wěn)定控制技術(shù)或方案已不能滿足巷道服務(wù)期內(nèi)的穩(wěn)定控制[1-3]。

1 工程概況

正利煤業(yè)14-1201 工作面位于+590 m 水平二采區(qū)，開(kāi)采4-1 煤層，地面標(biāo)高1172～1320 m，井下標(biāo)高566～647 m，煤層埋深606～688 m。工作面東部為實(shí)煤，西部為14-1101 工作面采空區(qū)，北部為二采區(qū)集中軌道巷，南部為礦井邊界。14-1201 工作面為14-1106 工作面的接替面，是二采區(qū)的首采面，基本不受采動(dòng)影響。工作面煤層整體呈單斜構(gòu)造，走向近南北，傾向東，傾角6°左右。4-1 號(hào)煤層厚度1.90～3.50 m，平均3.19 m。工作面頂板以泥巖和粉砂巖為主，底板以砂質(zhì)泥巖為主。根據(jù)地質(zhì)資料和采掘規(guī)劃顯示，14-1201 工作面運(yùn)輸巷沿4-1煤層頂板施工，水平標(biāo)高為+590 m，巷道開(kāi)口于201 系統(tǒng)巷K5 點(diǎn)前1 m，開(kāi)口方位角為180°。巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1358 m，矩形斷面，掘進(jìn)寬度4.7 m，掘進(jìn)高度3.1 m。巷道掘進(jìn)過(guò)程中將陸續(xù)揭露F24、F26、F25、F29、F30、F28 等6 條斷裂構(gòu)造，給巷道圍巖的穩(wěn)定控制帶來(lái)一定挑戰(zhàn)。

2 巷道差異性控制技術(shù)

2.1 巷道差異性控制思路

14-1201 工作面運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1358 m，巷道揭露6 條斷裂構(gòu)造，因此單一的巷道支護(hù)技術(shù)或方案已不能滿足巷道服務(wù)期內(nèi)的穩(wěn)定控制，需提出適用于試驗(yàn)巷道的差異性圍巖控制思路。

（1）巷道區(qū)域性差異控制。基于采掘規(guī)劃和生產(chǎn)地質(zhì)資料，區(qū)域劃分巷道圍巖控制范圍。具體劃分為正常區(qū)域和斷裂構(gòu)造帶影響區(qū)域。基于巷道圍巖區(qū)域性劃分，提出差異性的控制方案。

（2）及時(shí)強(qiáng)主動(dòng)控制原則。巷道掘出后，正常區(qū)域及時(shí)施工高強(qiáng)度的錨網(wǎng)索帶主動(dòng)支護(hù)，斷裂構(gòu)造帶影響區(qū)域除正常施工錨網(wǎng)索帶支護(hù)外，采用注漿強(qiáng)化的方式，提高破碎圍巖體的力學(xué)性能，促使圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)形成統(tǒng)一承載結(jié)構(gòu)。

（3）高強(qiáng)度護(hù)表和區(qū)域性表面噴層硬化原則。巷道采用高強(qiáng)度金屬網(wǎng)、W 鋼帶、梯子梁等護(hù)表材料，約束巷道表層巖體碎脹變形。同時(shí)，在斷裂構(gòu)造帶影響區(qū)域噴射混凝土噴層，用作止?jié){層以及防止該區(qū)域圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)化破壞。

2.2 巷道差異性控制技術(shù)

基于試驗(yàn)巷道生產(chǎn)地質(zhì)條件和巷道差異性控制思路，開(kāi)發(fā)適用的巷道差異性控制技術(shù)，主要包括正常區(qū)域巷道圍巖控制技術(shù)和斷裂構(gòu)造帶影響區(qū)域巷道圍巖控制技術(shù)。圖1、圖2 給出正常區(qū)域巷道支護(hù)斷面圖和斷裂構(gòu)造帶影響區(qū)域巷道支護(hù)斷面圖。

圖1 正常區(qū)域巷道支護(hù)斷面圖

圖2 斷裂構(gòu)造帶影響區(qū)域巷道支護(hù)斷面圖

（1）正常區(qū)域巷道圍巖控制技術(shù)。正常區(qū)域巷道采用“樹(shù)脂螺紋鋼錨桿+錨索+六角網(wǎng)+W 鋼帶+鋼筋梯子梁”進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，具體支護(hù)參數(shù)如下：

① 頂板采用規(guī)格為Ф20 mm×2200 mm的MG400 左旋螺紋高強(qiáng)錨桿，間排距為800 mm×1000 mm，每排布置6 根錨桿，采用5 mm 厚的4300 mm×280 mm×6 眼的W 鋼帶成排連接。錨索采用規(guī)格Ф21.6 mm×6500 mm 的高強(qiáng)度樹(shù)脂錨索鋼絞線，“三·二”布置，每隔兩排錨桿布置兩根或三根錨索。打兩根時(shí)，錨索間距為1600 mm，每根距巷道中心線為800 mm；打三根時(shí)，巷道正中布置一根，回采幫錨索距正中錨索間距1600 mm，煤柱幫錨索距正中錨索間距為1400 mm。

② 兩幫采用“樹(shù)脂螺紋鋼錨桿+梯子梁+六角網(wǎng)”進(jìn)行支護(hù)，間排距800 mm×1000 mm，每1 排布置4 根錨桿，14#圓鋼焊制的鋼筋梯子梁成排連接。

③ 錨桿每孔裝一支MSCK2335（上）和一支MSK2360（下）樹(shù)脂錨固劑，錨索每孔裝一支MSCK2335（上）和兩支MSK2360（下）樹(shù)脂錨固劑。

④ 頂錨桿錨固力不小于80 kN，預(yù)緊扭矩力不小于280 N·m；幫錨桿錨固力不小于60 kN，預(yù)緊扭矩力不小于250 N·m；頂錨索漲拉力必須達(dá)到200 kN，漲拉千斤頂壓力表讀數(shù)40 MPa 以上。

（2）斷裂構(gòu)造帶影響區(qū)域巷道圍巖控制技術(shù)。斷裂構(gòu)造帶影響區(qū)域巷道采用“樹(shù)脂螺紋鋼錨桿+錨索+六角網(wǎng)+W 鋼帶+鋼筋梯子梁+注漿”進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，具體支護(hù)參數(shù)如下：

① 頂板錨桿索規(guī)格同正常區(qū)域一致，錨桿間排距縮減至800 mm×800 mm。

② 幫部錨桿規(guī)格同正常區(qū)域一致，錨桿間排距縮減至800 mm×800 mm。

③ 錨桿索錨固劑規(guī)格同正常區(qū)域一致。

④ 錨桿索錨固力和預(yù)緊力同正常區(qū)域一致。

⑤ 采用普通硅酸鹽水泥漿進(jìn)行破碎圍巖注漿強(qiáng)化，水灰比1:1.5，注漿孔Ф42 mm，L3000 mm，注漿管Ф25 mm，長(zhǎng)度為2000 mm，間排距為1600 mm×2400 mm，注漿壓力2.0 MPa。

3 圍巖控制效果分析

將提出的巷道差異性控制技術(shù)應(yīng)用于試驗(yàn)巷道，同時(shí)監(jiān)測(cè)巷道圍巖變形情況。圖3 和圖4 分別給出了正常區(qū)域和斷裂構(gòu)造帶影響區(qū)域巷道圍巖移近量與掘出時(shí)間的關(guān)系曲線圖。如圖所示，正常區(qū)域巷道掘出90 d 后，巷道圍巖變形趨于穩(wěn)定，巷道頂?shù)装遄畲笠平考s96 mm，兩幫的最大移近量約68 mm；斷裂構(gòu)造帶影響區(qū)域巷道掘出120 d 后，巷道圍巖變形趨于穩(wěn)定，巷道頂?shù)装遄畲笠平考s114 mm，兩幫的最大移近量約85 mm。同比正常區(qū)域，頂?shù)装遄冃瘟吭黾?8.3%，兩幫變形量增加24.9%，穩(wěn)定時(shí)間增加了30 d。綜上所述，巷道掘出后圍巖變形均在允許范圍內(nèi)，表明了巷道差異性控制思路和技術(shù)的可靠性。

圖3 正常區(qū)域巷道圍巖移近曲線圖

圖4 斷裂構(gòu)造帶影響區(qū)域巷道圍巖移近曲線圖

4 結(jié)論

14-1201 工作面運(yùn)輸巷揭露多條斷裂構(gòu)造，單一的巷道穩(wěn)定控制技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)巷道整體區(qū)域的穩(wěn)定控制，為此，提出了巷道差異性控制思路，包括：巷道區(qū)域性差異控制、及時(shí)強(qiáng)主動(dòng)控制原則、高強(qiáng)度護(hù)表和區(qū)域性表面噴層硬化原則，據(jù)此開(kāi)發(fā)了巷道差異性控制技術(shù)，包括正常區(qū)域巷道采用“樹(shù)脂螺紋鋼錨桿+錨索+六角網(wǎng)+W 鋼帶+鋼筋梯子梁”進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，斷裂構(gòu)造帶影響區(qū)域巷道采用“樹(shù)脂螺紋鋼錨桿+錨索+六角網(wǎng)+W 鋼帶+鋼筋梯子梁+注漿”進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。技術(shù)應(yīng)用后，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)巷道的穩(wěn)定控制。