南嶺煤業(yè)近距離煤層采動影響下大巷加固技術研究

楊國平

(陽煤集團 南嶺煤業(yè)公司，山西 陽泉 045000)

1 工程概況

陽煤集團南嶺煤業(yè)公司目前主要進行2號煤層的采掘工作，2號煤層厚度一般在2.0～2.26 m，平均厚度2.13 m，煤層變異系數(shù)為6.7%，可采指數(shù)為1，煤層傾角4～17°，平均5°。南嶺煤業(yè)已進行下位4號煤層的開拓作業(yè)，4號煤層與2號煤層層間距25～40 m，屬于近距離煤層，4號煤層厚度4.3～6.4 m，平均厚度為5.5 m，平均傾角為2°，為近水平煤層。2號煤層的2214綜采工作面處于一水平二采區(qū)，工作面標高為+902～+982 m，可采走向長度為865.9 m，傾向長為130 m，2214工作面回采巷道掘進過程中共揭露五條斷層，如表1所示。2214工作面西部為2號煤采區(qū)進、回風巷，北部為2212采空區(qū)，東部為礦界。2214工作面下部為4號煤層正在掘進的三條大巷，2214工作面與3條大巷的位置關系如圖1所示。2214工作面回采初期，其下部對應區(qū)段的大巷圍巖發(fā)生明顯的失穩(wěn)破壞現(xiàn)象，嚴重影響三條大巷的正常使用，故需采取合理的措施對三條大巷進行加固。

圖1 工作面與三條大巷位置關系

構造名稱走向傾向傾角/(°)性質(zhì)落差/mF19S20°WSE45正斷層2.4F21S36°ENE60正斷層1.9F24S27°WNW30正斷層8.5F26N27°WSW55正斷層4.9F29N9°WNE50正斷層9.7

2 大巷支護現(xiàn)狀及存在的問題

2.1 原有支護方案

南嶺煤業(yè)4號煤層三條大巷斷面均為矩形，輔運大巷和主運大巷斷面尺寸為：寬×高=5.2 m×3.7 m，并且支護方式相同，回風大巷斷面尺寸為：寬×高=5.0 m ×3.5 m，本文以回風大巷為對象，對其進行分析。頂板錨桿采用D22 mm×2 400 mm的螺紋鋼錨桿，間排距為900 mm×1 000 mm，每排布置6根均垂直頂板施工；兩幫錨桿為D18 mm×1 700 mm的圓鋼錨桿，間排距為1 000 mm×1 000 mm，均垂直煤壁安裝，靠近底板的一排錨桿距離底板1 100 mm；頂板錨索采用D17.8 mm×5 000 mm的預應力鋼絞線，布置在巷道中心線處，錨索排距為2 000 mm；頂板和兩幫錨桿錨固劑采用K2335樹脂藥卷一支；頂網(wǎng)采用由直徑為6.5 mm鐵絲制成的網(wǎng)孔為150 mm×150 mm的菱形網(wǎng)，網(wǎng)片規(guī)格為5 200 mm×1 100 mm；巷道表面噴射厚度100 mm的混凝土。支護斷面如圖2所示。

圖2 回風大巷原有支護方案(mm)

2.2 支護存在問題及控制措施

1) 忽略了層間距的影響。南嶺煤業(yè)2號煤層和4號煤層的層間距波動較大，變化范圍為25～40 m，當回采工作面與下部三條回采大巷的距離較大時，工作面回采對于大巷圍巖變形影響較小，但是由于本次回采的2214工作面與4號煤層的層間距較小，且并未提高三條大巷的支護強度，因此在2214工作面開始回采即導致大巷內(nèi)出現(xiàn)頂板急劇下沉、錨桿桿體被拉斷等劇烈的礦壓顯現(xiàn)[1]。

2) 忽略了斷層等地質(zhì)構造的影響。根據(jù)以往的研究成果表明，斷層、陷落柱等地質(zhì)構造會提高圍巖內(nèi)裂隙的發(fā)育程度，降低煤巖體的整體性，在巷道支護過程中引起更大的困難[2-3]。三條大巷掘進時在斷層區(qū)域圍巖破碎更為嚴重，巷道圍巖的位移量更大，但是并沒有采取合理的加強支護措施，在上層煤層工作面采動影響下，錨桿在松散煤巖體中錨固力減弱，采動影響下斷層活化引起巷道冒頂破壞。

3 大巷加固技術研究與應用

3.1 加固措施

南嶺煤業(yè)2號煤層與4號煤層層間距起伏較大，層間距的變化對于在上層工作面采動影響下三條大巷的穩(wěn)定與否起著非常關鍵的作用，并且當工作面存在斷層時，上部煤層開采對大巷的擾動會更加劇烈，在不同地質(zhì)條件下的巷道圍巖控制難易程度不同，因此可根據(jù)三條大巷的地質(zhì)狀況區(qū)分其加固措施[4]。根據(jù)斷層和層間距的不同劃分為三種類型：①采動影響劇烈區(qū)：巷道處于斷層影響帶內(nèi)，并且層間距小于30 m，2214工作面對應的①區(qū)為圖3中的A、B、C段；②采動影響較大區(qū)：層間距小于30 m，2214工作面下方無斷層的區(qū)域；③采動影響較小區(qū)：層間距大于30 m，并且沒有斷層、陷落柱等地質(zhì)構造影響。

圖3 采動影響程度分區(qū)

3.2 采動影響劇烈段大巷圍巖控制技術

設計采用“注漿錨桿+讓壓錨桿+鳥巢錨索”組合式動態(tài)加固技術對2214工作面下方對應的采動影響劇烈段進行加固。頂板補強錨桿采用直徑為22 mm，長度為2 400 mm的讓壓錨桿，間距為900 mm，排距為2 000 mm，錨固劑為Z2350樹脂藥卷一支，錨固力大于60 kN，每排6根，靠近兩幫的錨桿向外側傾斜15°安裝。頂板補強錨索采用直徑為17.8 mm，長度為7 300 mm的鳥巢錨索，間排距為1 800 mm×2 000 mm，垂直頂板安裝。兩幫補強錨桿與原支護方案所用錨桿相同，補強錨桿間排距為2 000 mm×2 000 mm，補強錨桿距離頂板400 mm，每排2根，靠近頂板的安裝仰角為15°。兩幫的注漿錨桿直徑為22 mm，長度為2 000 mm，間排距為1 800 mm×2 000 mm，靠近底板的注漿錨桿俯角為45°；頂板注漿錨桿間排距為1 800 mm×2 000 mm，每排3根，沿巷道中心線對稱布置，距離巷幫700 mm。注漿材料選用425號普通硅酸鹽水泥，水灰比為3∶4，注漿壓力2 MPa。補強支護后在回風大巷圍巖表面噴射厚度150 mm的C15混凝土，混凝土配合比水泥:黃沙:瓜子片=l∶2∶2。由于加上原有支護后的頂板支護系統(tǒng)太過復雜，僅給出補強支護方案的布置，回風大巷采動劇烈影響段補強支護如圖4所示。

3.3 采動影響較大區(qū)段補強加固

回風大巷在沒有斷層影響的區(qū)段，圍巖表面出現(xiàn)明顯變形，在2214工作面前方40 m進行補強支護，加固方式為錨網(wǎng)噴支護，頂板補強支護錨桿規(guī)格與原支護方案相同，補強錨桿間排距為900 mm×2 000 mm，靠近兩幫的錨桿向外側傾斜15°安裝，補強錨索間排距為1 800 mm×2 000 mm，垂直頂板安裝，頂板錨桿之間通過由直徑為12 mm的鋼筋加工成的鋼帶聯(lián)結。金屬網(wǎng)采用鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)片規(guī)格為3 000 mm×1 300 mm。在兩幫原有錨桿對應位置的下方，打設一根規(guī)格為D18 mm×1 700 mm的錨桿，錨桿每孔使用1支K2335藥卷，錨桿安裝俯角為45°，排距為1 000 mm。補強支護后噴射厚度為150 mm的C15混凝土，噴射順序先幫后頂，自下而上進行。支護示意如圖5所示。

圖4 采動影響劇烈段回風大巷補強支護方案(mm)

圖5 回風大巷采動影響較大斷補強支護斷面(mm)

4 應用效果

為考察4號煤回風大巷補強支護的效果，2214工作面回采期間，在下部的回風大巷內(nèi)布置圍巖位移觀測點，測點間距為50 m，監(jiān)測結果如圖6所示。由圖6可以看出，2214工作面切眼附近的斷層密集區(qū)回風大巷的圍巖位移最為明顯，頂板下沉量最大約為34.5 mm，其余位置在采動影響下，頂板下沉量最大值約為16.0 mm，由此可知，2214工作面采動影響下回風大巷圍巖穩(wěn)定性良好，所采取的補強支護措施合理。

圖6 現(xiàn)場礦壓監(jiān)測結果

5 結 語

南嶺煤業(yè)2214工作面回采期間，引起其下部對應位置的4號煤層三條大巷出現(xiàn)明顯的失穩(wěn)破壞現(xiàn)象，以回風大巷為例，通過采用讓壓錨桿和注漿錨桿對采動劇烈影響段進行加固，采用錨網(wǎng)噴對采動影響較大段進行加固，結果表明，在2214工作面采動影響下回風大巷頂板最大下沉量為34.5 mm，圍巖穩(wěn)定性良好，所采取的補強支護措施合理。