王坡煤礦破碎煤巖體巷道支護與加固技術研究

龐志軍 張澤飛 張建國

（1.河南理工大學，河南省焦作市，454003；（2.晉城市城區人民政府，山西省晉城市，048000；（3.山西天地王坡煤業有限公司，山西省晉城市，048021）

1 工程概況

王坡煤礦3＃煤層地質構造和水文地質條件簡單，埋藏深度中等。煤層平均厚度5.97 m，平均傾角6°，全區穩定可采。3＃煤層巖性特征如表1所示。

王坡煤礦二采區變電所、水泵房等永久硐室，分別布置在集中軌道巷與集中回風巷、集中帶式輸送機巷之間，局部巷道布置密度高、距離近，形成了近距離高密度巷道群，巷道圍巖穩定性差，鄰近區域采掘影響造成圍巖失穩甚至變形破壞。前期，受新掘巷道開挖影響，掘進動壓導致巷道群圍巖失穩、變形增大。由于4 條集中大巷、二采區變電所、水倉等巷道或硐室服務于礦井3＃煤層的開采全過程，服務期為20a以上，為確保該區域巷道硐室等巷道群安全，必須對相關井巷進行加固處理。本次研究主要對集中帶式輸送機巷新掘巷道進行模擬和試驗，從而改進支護設計方案。

表1 3＃煤層巖性特征

2 支護技術分析

2.1 破碎煤巖體巷道變形特征

經過對王坡煤礦現有破碎煤巖巷道現場數據觀測分析，結合煤巖物理力學性質研究，發現其主要變形特征為：

（1）兩幫內擠。巷道兩幫移近量大，煤幫向巷道內鼓出，出現縱向張裂及巷幫整體移近現象。

（2）頂板彎曲下沉、斷裂。頂板在高水平應力作用下，發生彎曲、離層、斷裂，穩定性明顯降低，如不采取有效措施，極易發生冒頂事故。

（3）巷道底臌。王坡煤礦破碎煤層巷道底臌現象普遍存在。大量實測數據表明，巷道頂底板的移近量大約有60%以上是由底臌引起的。

（4）巷道整體變形。巷道四周壓力均較大，宏觀表現為巷道整體收縮，斷面收縮率很大，導致巷道無法滿足通風、運輸、行人的要求。

2.2 影響錨桿支護效果的關鍵因素分析

（1）由于錨桿安裝時施加的預應力比較小，錨桿仍屬于被動支護，不能控制圍巖結構面早期的離層、滑動和裂隙張開，導致圍巖強度和整體性明顯降低，出現較大變形。

（2）錨桿、錨桿構件 （托梁、托盤）強度偏低。

（3）護表構件 （鋼帶、金屬網等）的力學性能與錨桿強度匹配性比較差，導致錨桿、錨索之間的圍巖鼓出、變形比較大。

2.3 支護方案改進

集中帶式輸送機巷位于集中軌道巷和南部回風巷中間，沿3＃煤層頂板掘進，巷道斷面為矩形，斷面尺寸為4500mm×3400mm （寬×高）。通過對集中帶式輸送機巷新掘巷道采用有限差分數值模擬與井下試驗，進行多方案比較，從控制巷道圍巖變形和節省材料成本綜合考慮，確定采用高預應力強力錨桿錨索支護系統。在巷道頂幫破碎嚴重地段采用注漿+錨索聯合支護補強，高壓注漿 （水泥基無機注漿材料）配合強力錨索支護的綜合加固。

2.4 支護技術參數

錨桿采用BHRB500型?22mm×2400mm 左旋無縱筋螺紋鋼強力錨桿，配套10級螺母和球形墊圈，采用樹脂錨固劑錨固，配合厚4 mm W 型鋼帶和10＃鐵絲編織而成的菱形金屬網進行護頂、護幫，頂、幫錨桿間排距950mm×1000mm，每兩排錨桿間布置兩根?22mm×5300mm 高強度低松弛預應力鋼絞線錨索，錨索間排距1800 mm×2000mm，配套最大承載能力為590kN 拱形高強度托盤、調心球墊及鎖具，托盤尺寸300 mm×300mm×16mm。

2.5 注漿技術參數

注漿材料采用525＃普通硅酸鹽水泥加水玻璃漿，漿液水灰比為0.7∶1～1∶1，水泥漿和水玻璃的體積比為1∶0.4～1∶1。注漿淺孔和深孔長度分別為3000mm 和5000mm，注漿壓力分別不超過2 MPa和5 MPa。

3 支護效果及分析

在高預應力強力錨桿錨索支護后的集中帶式輸送機巷道內布置多個測點進行定期監測。礦壓監測結果表明，巷道圍巖應力集中區域主要分布于巷道頂底板，巷道頂底板最大垂直位移為78 mm，巷道兩幫最大水平位移為52 mm。能夠滿足煤礦安全生產需要，達到了預期的目的。

4 結論

（1）王坡煤礦破碎煤巖體巷道 采用高預應力強力錨桿支護系統后，井下試驗表明支護系統方案合理，能夠有效控制破碎煤巖體巷道變形。

（2）錨桿、錨索的組合構件可均衡錨桿 （索）受力，提高錨桿 （索）支護的整體作用，是高強度錨桿支護系統不可缺少的部件。

（3）注漿加固技術能夠有效膠結破碎的圍巖體，提高圍巖的完整性和可錨性，大大增強了錨桿錨索的作用力，改善了巷道圍巖受力，控制了巷道變形。

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