采動影響巷道圍巖支護參數(shù)優(yōu)化的設計與實踐

任建華

（山西新元煤炭有限責任公司，山西 壽陽 045400）

引言

巷道是煤炭生產(chǎn)、運輸以及通風的通道，是確保煤炭正常開采的基礎[1-2]。井下掘進的巷道中約有70%～80%受到采動影響，從而使得巷道圍巖出現(xiàn)較大的變形，給煤炭正常生產(chǎn)帶來一定影響[3-4]。因此，眾多的研究學者對采動影響巷道圍巖控制技術展開研究，并提出增加錨桿、錨索預緊力，注漿，加密錨桿、錨索布置等方式提高圍巖穩(wěn)定性，現(xiàn)場應用取得較為顯著的應用成果[5-7]。文章以山西某礦21 采區(qū)運輸巷為研究對象，針對采動動壓影響下圍巖變形量過大問題，通過改進支護設計現(xiàn)場取得了較為顯著的應用成果。

1 工程概況

21 采區(qū)運輸巷沿6 號煤，6 號煤厚3.8 m，頂?shù)装逡詭r性砂質(zhì)泥巖、粉砂以及泥巖為主。21 采區(qū)運輸巷設計斷面為半圓拱形，在巷道掘進時圍巖涌出量較小，一般在0.5 m3/h 以內(nèi)。前期的物探資料顯示，21 采區(qū)運輸巷掘進期間會揭露4 條落差均在2.5 m 以內(nèi)的正斷層，受斷層影響巷道圍巖破碎。

21 采區(qū)運輸巷凈寬、凈高分別為5.0 m、4.1 m，原采用金屬架棚（U36 金屬架棚）+噴漿支護方式，具體支護設計見圖1。由于受到臨近的21605 綜采工作面回采影響，導致巷道頂板支護用的金屬架棚破壞，部分支架互相嵌入；巷幫支護用的支架向巷道內(nèi)側彎曲；巷道底板出現(xiàn)底鼓，最大底鼓量達到1 205 mm。圍巖變形給采區(qū)運輸巷的使用安全造成嚴重影響。

圖1 采區(qū)運輸巷圍巖支護方案（單位：mm）

2 圍巖支護參數(shù)的優(yōu)化設計

2.1 圍巖支護參數(shù)優(yōu)化設計流程

從圍巖變形特征以及位置關系得出，21 采區(qū)運輸巷出現(xiàn)較大變形的主要原因是受到鄰近的21605綜采工作面采動動壓影響，同時圍巖巖性本身強度及承載能力不足等原因?qū)е隆Ｒ虼耍鶕?jù)采動動壓影響后的圍巖變形失穩(wěn)情況對巷道原支護設計進行優(yōu)化，具體選用的支護優(yōu)化流程見圖2 所示。優(yōu)化設計的核心理念為通過注漿以及錨桿強化巷道圍巖自身強度及穩(wěn)定性，從而降低采動動壓影響。

圖2 支護參數(shù)優(yōu)化流程

2.2 支護參數(shù)優(yōu)化

2.2.1 圍巖刷擴并架設U 形棚

為了恢復巷道斷面并滿足后續(xù)使用需要，首先對巷道斷面進行刷擴，從而使得巷道寬、高分別達到5 700 mm、4 600 mm，刷擴完成后采用U36 鋼架棚進行圍巖支護。架設完成U36 架棚后，應與巖面留有50 mm 以上的間隙，并將此厚度作為充填層厚度，并便于后續(xù)圍巖注漿加固。在架設的U36 鋼架棚周邊鋪設金屬網(wǎng)背板，從而改善架棚受力狀態(tài)。

架棚架設完畢后噴射厚度介于70～100 mm的混凝土層，混凝土層應與掘進迎頭間間距控制在5 m以內(nèi)，噴漿由從巷幫下端向上緩慢進行。

2.2.2 淺孔注漿

注漿采用水泥漿，水灰質(zhì)量比0.85∶1～1∶1，注漿工滯后掘進迎頭距離控制在8 m 以內(nèi)，淺孔注漿管長1 200 mm，注漿壓力1.0 MPa。

具體注漿時采用的注漿壓力以及注漿量應依據(jù)現(xiàn)場情況進行動態(tài)調(diào)整，注漿管為Φ12.7 mm 鋼管，在管底部壓成扁形、壓扁后注漿管前、后端孔徑分別為8 mm、4 mm，從而便于注漿。注漿孔封孔長度為300mm，斷均按照間排距1800 mm×1000 mm布置7個注漿孔，采用直徑42mm鉆頭施工，深度為1500 mm。

2.2.3 頂板錨網(wǎng)索支護

頂板用Φ22 mm×2 400 mm 錨桿、鋼筋網(wǎng)支護。錨桿施工采用氣動鑿巖機施工，按照700 mm×1000 mm布置17 根錨桿，錨桿施工完成后施加的預緊力在80kN以上。金屬網(wǎng)采用礦井巷道支護常用的菱形金屬網(wǎng)。

2.2.4 巷道底板卸壓聯(lián)合支護技術

由于21 采區(qū)運輸巷最大底鼓量達到1 200 mm，為了確保巷道底板穩(wěn)定，提出采用鉆孔卸壓+錨網(wǎng)索聯(lián)合支護方式加固頂板巖層強度。底板支護時采用的錨索長度為4 500 mm，每排布置5 根并按照1 500 mm 間距布置。具體的施工工藝為：清理巷道底板并進行噴漿、淺孔注漿，完成后在巷道底板上按照設計要求施工卸壓鉆孔；錨索鉆孔32 mm、長度為4 500 mm；在錨索鉆孔內(nèi)裝入Φ25 mm×4 500 mm 中空注漿錨索，進行注漿后并給錨索施加100 kN 以上的預緊力。

2.2.5 巷幫及頂板深孔注漿

待巷幫及頂板錨桿施工完成后，再對圍巖噴射厚度50 mm 混凝土，避免錨桿、錨索頭出現(xiàn)銹蝕問題。待噴漿完成后，在巷道巷幫、頂板位置施工注漿鉆孔進行深孔注漿，施工的注漿孔深度均為3 200 mm，按1 800 mm×1 600 mm 間排距布置6 個注漿孔，封孔長度為1 600 mm。

2.2.6 巷幫及頂板錨索加固

在巷幫及頂板上共計布置7 根錨索，頂板、巷幫錨索規(guī)格為Φ21.8 mm ×6 300 mm、Φ21.8 mm×4 300 mm，錨索均按照1 000 mm 排距布置。錨索施工完成后施加100 kN 以上的預緊力。

3 支護效果分析

待對巷道支護設施支護優(yōu)化后，為考察圍巖支護效果，在21 采區(qū)運輸巷內(nèi)布置測站對圍巖變形量進行監(jiān)測，具體變形量監(jiān)測結果見圖3 所示。

圖3 圍巖變形量

在圍巖變形監(jiān)測期間未獲取到底板底鼓量數(shù)據(jù)，支護完成后頂板最大下沉量為108 mm、巷幫最大變形量為223 mm，圍巖變形量整體較小，可滿足巷道使用安全。結果表明，采動動壓影響巷道采用以注漿+錨網(wǎng)索+底板補強加固技術方案可有效控制圍巖變形。

4 結論

1）通過分析21 采區(qū)運輸巷圍巖變形特征以及現(xiàn)場條件，分析巷道圍巖變形量過大的主要原因是巷道自身支護強度較低、圍巖承載能力不強以及采動動壓等因素疊加作用導致。

2）提出通過對巷道支護參數(shù)優(yōu)化方式來達到控制動壓巷道圍巖變形的目的，具體為先對巷道斷面進行刷擴，并采用U 形架棚+圍巖注漿+底板加固（卸壓）+錨網(wǎng)索聯(lián)合支護方式控制圍巖變形，通過增加支護強度以及圍巖自身承載力來抵抗動壓影響。

3）現(xiàn)場應用后，巷道未出現(xiàn)底鼓，巷幫及頂板下沉量分別控制在223 mm、108 mm 以內(nèi)，圍巖變形量較小，可滿足巷道安全使用的需要。