辛置煤礦2-560工作面動壓巷道圍巖控制技術(shù)

高振華

（霍州煤電集團(tuán)辛置煤礦，山西 霍州 031412）

1 工程概況

在煤炭資源開采過程中，井下巷道極易受到動壓擾動的影響［1-2］。由于煤層開采所引發(fā)的回采空間圍巖應(yīng)力重新分布，導(dǎo)致部分巷道處在高應(yīng)力區(qū)。另外，在留設(shè)的保護(hù)煤柱周圍會產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象［3］。工作面回采巷道，在掘進(jìn)或回采過程中易受到動壓擾動影響，巷道圍巖變形嚴(yán)重，且在不同地質(zhì)因素條件下，其礦壓顯現(xiàn)規(guī)律也呈現(xiàn)出明顯的差異性［4］。

辛置煤礦2-560 準(zhǔn)備工作面位于南五采區(qū)，工作面所采煤層為2#煤層，煤層厚度為3.75 m，煤層傾角為5°。2#煤層直接頂與直接底巖性主要為泥巖和砂質(zhì)泥巖，老頂為中細(xì)砂巖。工作面西部為2-559 綜采工作面，兩工作面之間留設(shè)15 m的保護(hù)煤柱，南部為310 回風(fēng)巷、310 皮帶巷及310軌道巷。工作面布置見圖1。2-560 準(zhǔn)備工作面掘進(jìn)巷道斷面為矩形，尺寸為4.0 m×3.5 m。

圖1 工作面布置

2-560 準(zhǔn)備工作面掘進(jìn)施工與2-559 工作面回采同步進(jìn)行，2-560 掘進(jìn)工作面同時受到巷道開挖圍巖應(yīng)力重新分布，2-559 工作面回采過程中的超前支承壓力以及保護(hù)煤柱應(yīng)力集中的影響。因此，對2-560 掘進(jìn)工作面受動壓影響的巷道進(jìn)行圍巖控制技術(shù)試驗，采用合理的支護(hù)手段，減小動壓對巷道變形的影響，保證巷道掘進(jìn)工作安全高效的進(jìn)行。

2 巷道圍巖變形破壞特征

巷道圍巖軟弱、支護(hù)參數(shù)不合理、側(cè)向煤壁支承壓力的共同疊加作用是誘發(fā)巷道圍巖大變形的主要原因。對2-560 掘進(jìn)工作面巷道進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研和鉆孔窺視分析，巷道圍巖變形特征主要表現(xiàn)為以下三個方面：

1）巷道肩角剪切破壞現(xiàn)象嚴(yán)重，出現(xiàn)錨桿托盤撕裂，托盤嵌入煤體內(nèi)，局部錨桿斷裂失效現(xiàn)象。

2）頂板下沉量大，失效錨桿較多，出現(xiàn)“網(wǎng)兜”現(xiàn)象，鋼筋梯子梁也多處發(fā)生剪斷，失去支護(hù)作用。

3）兩幫變形呈非對稱現(xiàn)象，巷道兩幫相對移近量最大可達(dá)1.5 m 左右，接近巷道設(shè)計寬度的三分之一，巷道頂板煤柱側(cè)下沉明顯。

為了觀測圍巖內(nèi)部的裂隙發(fā)育情況，在2-560工作面巷道掘進(jìn)至400 m 處進(jìn)行鉆孔窺視實驗，在該區(qū)域巷道頂板中部鉆出直徑為30 mm 的鉆孔，采用鉆孔窺視儀對巷道圍巖內(nèi)部進(jìn)行觀測，鉆孔窺視見圖2。

圖2 工作面正巷鉆孔窺視

從圖2 中可以看出。巷道在頂板孔口0～1.1 m范圍內(nèi)，巖層出現(xiàn)體積膨脹現(xiàn)象，并且產(chǎn)生較大的破碎快；距孔口1.1～1.7 m 范圍內(nèi)，巷道在動壓的影響下，圍巖內(nèi)部出現(xiàn)縱、橫宏觀裂隙；在1.7～2.4 m 范圍內(nèi)，圍巖呈現(xiàn)疏松狀，自承載能力較弱。

3 動壓巷道支護(hù)方案設(shè)計

根據(jù)巷道實際地質(zhì)條件，提高巷道圍巖穩(wěn)定性的主要思路為：強化支護(hù)結(jié)構(gòu)，及時主動支護(hù)；提高圍巖的固有強度；關(guān)鍵部位加強支護(hù)。結(jié)合巷道變形特征和原支護(hù)形式，在全面提高錨索預(yù)緊力的同時，重點增加巷道頂板錨索的數(shù)量以及改變錨桿的布置角度。

3.1 巷道支護(hù)方案

針對動壓巷道的實際地質(zhì)條件，提出了“高強樹脂錨桿+ 錨索”聯(lián)合支護(hù)的圍巖控制方案，巷道支護(hù)設(shè)計見圖3。

巷道頂板錨網(wǎng)索布置平面見圖3（a）。頂板布置6 根規(guī)格為Ф22 mm×2 400 mm 的左旋螺紋鋼高強錨桿，間排距為800 mm×800 mm，左右兩根錨桿傾斜10°布置，其余垂直巷道頂板布置；錨桿鉆孔直徑為28 mm，頂板支護(hù)采用鋼筋梯子梁和金屬網(wǎng)，梯子梁采用Ф16 mm 鋼筋；金屬網(wǎng)為4 500 mm×900 mm，網(wǎng)孔為40 mm×40 mm，相鄰網(wǎng)重疊100 mm。

頂板錨索采用1×19 股高強度低松弛鋼絞線錨索，規(guī)格為Ф22 mm×7 300 mm，間排距為1 600 mm×1 600 mm，錨索緊跟掘進(jìn)迎頭施工。采用1 卷K2335 型和2 卷Z2360 型錨固劑。使用高強球型托盤搭配調(diào)心球墊；錨索錨固力大于300 kN。

巷道兩幫錨網(wǎng)索布置平面見圖3（b）。

圖3 動壓巷道錨網(wǎng)索支護(hù)設(shè)計

兩幫各布置4 根規(guī)格為Ф22 mm×2 400 mm的左旋螺紋鋼高強錨間排距為850 mm×800 mm，兩幫上下兩端錨桿各向上和向下傾斜10°布置，其余均水平布置，搭配使用M24×3 高強錨桿螺母，拱型高強度調(diào)心球墊，尼龍墊圈和托盤等配套物件。

3.2 巷道圍巖變形分析

為了分析動壓巷道支護(hù)方案的可行性，在2-560 掘進(jìn)工作面巷道400 m 處布置1#測站和2#測站，1#測站與2#測站相距50 m，測站布置位置見圖1。在巷道掘進(jìn)期間對巷道圍巖表面位移進(jìn)行實時監(jiān)測。1#測站、2#測站表面變形曲線見圖4。

圖4 巷道變形監(jiān)測情況

從圖4 中可以看出，巷道圍巖在掘進(jìn)期間表現(xiàn)出的變形規(guī)律主要可分為三個階段。分別為采動影響階段，變形緩慢階段和圍巖穩(wěn)定階段。1#測站、2#測站測站頂?shù)装謇塾嬕平糠謩e為57 mm、70 mm，兩幫累計收斂量分別為71 mm、83 mm。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，受動壓擾動的巷道圍巖變形量普遍較大，但采用“高強樹脂錨桿+ 錨索”聯(lián)合支護(hù)方案，能夠基本保證巷道在其服務(wù)期限內(nèi)正常使用，說明聯(lián)合支護(hù)方案在2-560 掘進(jìn)工作面巷道中得到成功應(yīng)用。

4 結(jié)論

1）動壓巷道易受到開挖圍巖應(yīng)力重新分布，相鄰工作面開采擾動以及保護(hù)煤柱應(yīng)力集中的影響。另外，巷道圍巖軟弱、支護(hù)參數(shù)不合理也是誘發(fā)巷道圍巖變形的主要原因。

2）通過現(xiàn)場調(diào)研以及鉆孔窺視，對巷道圍巖變形特征進(jìn)行分析。巷道肩角處剪切破壞現(xiàn)象嚴(yán)重；頂板下沉量大，失效錨桿較多；兩幫變形呈非對稱現(xiàn)象。

3）對動壓巷道進(jìn)行支護(hù)設(shè)計，通過布置位移測站對巷道表面變形進(jìn)行監(jiān)測。動壓巷道圍巖變形量普遍較大，采用“高強樹脂錨桿+ 錨索”聯(lián)合支護(hù)方案能夠基本保證巷道在其服務(wù)期限內(nèi)正常使用。