受動壓影響11205 工作面運(yùn)輸巷差異化支護(hù)技術(shù)研究

李 凱 喬衛(wèi)民 賀麗峰

（山西蒲縣煤業(yè)集團(tuán)富家凹煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041000）

近年來，隨著煤炭產(chǎn)能的提升，采掘接替的加快，掘進(jìn)巷道受到鄰近工作面影響的情況時有發(fā)生，給巷道的維護(hù)帶來很大困難[1-2]。當(dāng)采掘接替緊張，存在孤島工作面時，掘進(jìn)巷道不僅受到鄰近工作面采動壓力的影響[3-4]，還會受到本工作面采動壓力的二次影響，給頂板維護(hù)帶來一定的影響[5-6]。為了解決受多次動壓影響的巷道支護(hù)問題，以山西蒲縣富家凹煤礦為工程背景，在巷道與上工作面相遇滯后一定距離前后對巷道支護(hù)進(jìn)行分段設(shè)計(jì)。

1 概況

富家凹煤業(yè)現(xiàn)開采11#煤層，11205 工作面位于11#煤層二采區(qū)北翼，工作面埋深220～281 m，煤層厚度2.9～0.7 m，煤層傾角2°～12°。工作面兩巷道設(shè)計(jì)長度為2200 m，工作面傾向長度設(shè)計(jì)為223 m。11207 工作面與11205 運(yùn)輸巷道相鄰，設(shè)計(jì)凈煤柱寬度20 m。11207 工作面已推進(jìn)一定距離，11205工作面即將掘進(jìn)。對比以往回采工作面，由于11201工作面的回采動壓影響導(dǎo)致11203 工作面運(yùn)輸巷的圍巖變形嚴(yán)重、礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，預(yù)期11205 運(yùn)輸巷掘進(jìn)期間會受到鄰近工作面動壓的影響。

2 地質(zhì)條件調(diào)查

11205 工作面位于S2 背斜東翼，整體為一單斜構(gòu)造，南西高、北東低，局部地段存在小的褶曲構(gòu)造，對采掘活動影響不大。鄰近11207 回風(fēng)巷未揭露斷層，預(yù)計(jì)工作面斷層賦存的可能性較小，對采掘活動影響較小。煤巖層裂隙主要為構(gòu)造節(jié)理，由剪切應(yīng)力作用形成，以走向節(jié)理和斜向節(jié)理為主，節(jié)理較發(fā)育，對掘進(jìn)可能造成一定影響。

11207 工作面推采期間，在11207 回風(fēng)巷施工了30 個水力壓裂切頂鉆孔，對鉆孔進(jìn)行了窺視，窺視結(jié)果顯示頂板煤巖層巖性變化較快。垂深30 m以內(nèi)頂板巖性規(guī)律如圖1。

圖1 頂板巖性探測柱狀圖

3 巷道圍巖變形特征分析及控制技術(shù)

3.1 巷道變形特征分析

巖性探測結(jié)果顯示，11#煤層直接頂為泥巖、砂質(zhì)泥巖、煤線多層軟弱煤巖層組成的（1～6 m 厚，平均3.7 m）層狀復(fù)合頂板，層狀復(fù)合直接頂板易發(fā)生下沉、垮落，其原因有三：1）巖層之間的黏結(jié)強(qiáng)度非常弱，頂板來壓后易造成層間離層；2）復(fù)合頂板中各巖層之間存在強(qiáng)度差異，頂板來壓后各層變形程度不同而導(dǎo)致層間離層；3）復(fù)合頂板中如果存在軟弱夾層（其厚度較薄且自身抗拉強(qiáng)度較弱），荷載作用下軟弱夾層自身及與上下巖層的界面處均容易發(fā)生破壞。

層狀復(fù)合頂板穩(wěn)定性分級系統(tǒng)（S為巷道頂板距穩(wěn)定巖層的厚度）：

Ⅰ級：穩(wěn)定，S＜2 m；

Ⅱ級：中等穩(wěn)定，S=2～4 m；

Ⅲ級：易垮落型，S=4～6 m；

Ⅳ級：極易垮落型，S＞6 m。

當(dāng)遇頂板有節(jié)理裂隙、淋水、地質(zhì)構(gòu)造帶等特殊地段時，頂板穩(wěn)定性級別直接確定為Ⅳ級。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況及層狀復(fù)合頂板穩(wěn)定性分級，11205 兩巷頂板為Ⅲ級（易垮落型），局部淋水區(qū)段為Ⅳ級（極易垮落型）。根據(jù)礦井生產(chǎn)銜接安排，11205 工作面兩巷掘進(jìn)過程中將不可避免地承受11207 工作面的動壓影響。基于目前水力壓裂工程的進(jìn)展情況，為確保11205 運(yùn)輸巷頂板安全穩(wěn)定，必須對巷道支護(hù)參數(shù)和材料進(jìn)行升級優(yōu)化。

3.2 復(fù)合頂板分段巷道圍巖控制方案

為滿足巷道保持長久穩(wěn)定和回采使用要求，針對直接頂為軟弱層狀復(fù)合頂板的現(xiàn)狀，提出“高預(yù)緊力+強(qiáng)護(hù)表”變淺部軟弱復(fù)合頂板為加固組合梁的支護(hù)方案，11205 運(yùn)輸巷分AB 段為相鄰工作面回采前掘進(jìn)區(qū)段，BD 段為迎采送巷區(qū)段（采掘交匯點(diǎn)C 點(diǎn)前后各200 m 范圍內(nèi)），DE 段為相鄰工作面回采后掘進(jìn)區(qū)段。分段示意圖如圖2，具體如下：

圖2 分段支護(hù)設(shè)計(jì)圖（m）

1）11205 運(yùn)輸巷AB 段全錨索支護(hù)方案

如圖3 所示，短錨索選用Ф21.6 mm×4300 mm，1×7 股鋼絞線，采用一支CK2340 和兩支Z2360 樹脂錨固劑錨注，設(shè)計(jì)預(yù)緊力為200～250 kN，每排布置5 根，間排距為1100 mm×1100 mm，配合使用300 mm×300 mm×16 mm 拱形方托板，拱高不低于60 mm，配調(diào)心球墊。

圖3 巷道AB 段頂板支護(hù)方案（mm）

長錨索選用Ф21.8 mm×7300 mm（長錨索長度需根據(jù)巖性探測結(jié)果而變化，確保錨入粉砂巖層1 m 以上），1×19 股鋼絞線，采用一支CK2340 和兩支Z2360 樹脂錨固劑錨注，設(shè)計(jì)預(yù)緊力為200～250 kN，每排布置2 根，間排距為1400 mm×2200 mm，配合使用300 mm×300 mm×16 mm 拱形高強(qiáng)托板，拱高不低于60 mm，配調(diào)心球墊。

采用雙層網(wǎng)，第一層為10#鐵絲編織的菱形金屬網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格為50 mm×50 mm；第二層為6 mm鋼筋編織的金屬網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格為100 mm×100 mm。每層網(wǎng)搭接長度均要求不小于100 mm，采用雙股14#鐵絲“之”字型聯(lián)網(wǎng)并扭結(jié)三圈，聯(lián)網(wǎng)間距不大于100 mm。

2）11205 運(yùn)輸巷BD 段支護(hù)方案

受動壓影響巷道運(yùn)輸巷BD 段，由于相鄰工作面回采與巷道掘進(jìn)引起的集中應(yīng)力疊加作用，需特別加強(qiáng)支護(hù)，支護(hù)設(shè)計(jì)為在運(yùn)輸巷AB 段支護(hù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，將短錨索排距由1100 mm 縮小為1000 mm，長錨索排距由2200 mm 縮小為2000 mm，其余不變。

3）11205 運(yùn)輸巷DE 段支護(hù)方案

相鄰工作面回采后掘進(jìn)區(qū)段（運(yùn)輸巷DE 段、回風(fēng)巷IJ 段），相鄰工作面回采后沿空掘巷，巷道仍然受到采空區(qū)殘余支承壓力的影響，設(shè)計(jì)采用“高強(qiáng)錨桿+錨索+雙層鋪網(wǎng)”的支護(hù)方式。

如 圖4 所 示，錨 桿 選 用 鋼 號500#的Ф22 mm×2400 mm 左旋無縱筋螺紋鋼，鋼材屈服強(qiáng)度為500 MPa，配高強(qiáng)度螺母，采用一支CK2340 和一支Z2360 樹脂錨固劑錨注，設(shè)計(jì)預(yù)緊力矩為400 Nm（不得超過500 Nm），每排布置6 根，間排距為900 mm×900 mm，配合使用150 mm×150 mm×10 mm 拱形高強(qiáng)托板，拱高不低于34 mm，配調(diào)心球墊和減摩墊圈；每根錨桿配合使用450 mm×280 mm×4 mmW 鋼護(hù)板。

圖4 巷道DE 段支護(hù)方案（mm）

錨索選用Ф21.6 mm×7300 mm（錨索長度需根據(jù)巖性探測結(jié)果而變化，確保錨入粉砂巖層1 m以上），1×7 股鋼絞線，采用一支CK2340 和兩支Z2360 樹脂錨固劑錨注，設(shè)計(jì)預(yù)緊力為200～250 kN，每排布置2 根，間排距為1400 mm×1800 mm，配合使用300 mm×300 mm×16 mm 拱形高強(qiáng)托板，拱高不低于60 mm，配調(diào)心球墊。

采用雙層網(wǎng)布置，第一層為10#鐵絲編織的菱形金屬網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格為50 mm×50 mm；第二層為6 mm 鋼筋編織的金屬網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格為100 mm×100 mm。每層網(wǎng)搭接長度均要求不小于100 mm，采用雙股14#鐵絲“之”字型聯(lián)網(wǎng)并扭結(jié)三圈，聯(lián)網(wǎng)間距不大于100 mm。

4 工程實(shí)踐

4.1 礦壓觀測

在11205 工作面運(yùn)輸巷設(shè)置測站，每掘進(jìn)50 m后設(shè)置1 個測站，包括2 個巷道表面位移監(jiān)測斷面、1個頂板離層監(jiān)測斷面、1個錨桿（索）受力監(jiān)測斷面。監(jiān)測內(nèi)容見表1。

表1 巷道礦壓觀測內(nèi)容

4.2 支護(hù)效果

11205 工作面運(yùn)輸巷礦壓觀測結(jié)果如圖5，觀測周期為63 d，觀測頻次為7 d 觀測一次。

圖5 巷道支護(hù)礦壓觀測

從觀測結(jié)果來看，在35 d 內(nèi)巷道兩幫移近量和頂?shù)装逡平恐饾u增大，最大位移分別為25 mm 和15 mm；在支護(hù)形成后35 d 以后，巷道的兩幫和頂?shù)装逦灰浦饾u趨于穩(wěn)定，表明分段加強(qiáng)支護(hù)起到了良好的圍巖穩(wěn)定控制效果。

5 結(jié)論

本文以典型的受動壓影響巷道為例，對于預(yù)計(jì)受動壓影響的巷道，預(yù)估動壓鄰近工作面回采時的動壓影響距離，在動壓影響距離一定范圍內(nèi)，對巷道采取分段支護(hù)設(shè)計(jì)方案，在受動壓影響區(qū)段采取較強(qiáng)的支護(hù)設(shè)計(jì)，在過動壓影響范圍后，調(diào)整為常規(guī)支護(hù)設(shè)計(jì)方案。該支護(hù)設(shè)計(jì)方案有效控制了動壓對巷道的影響，同時保證了巷道的掘進(jìn)速度，對于巷道維護(hù)起到了良好的效果。