云岡煤礦近距離煤層下部煤巷掘進支護優化研究

謝志江

（大同煤礦集團掘進辦公室，山西 大同 037000）

以同煤集團云岡礦近距離煤層下部掘進煤巷為研究背景，該巷道在上覆近距離采空區影響下，出現煤幫變形破碎，甚至整塊脫落，頂板整體下沉、局部錨桿錨索脫落等現象，巷道整體性及穩定性均下降明顯。通過現場實測、動態監測及鉆孔窺視等方法，分析了5409巷掘出后呈現的圍巖變形特征，提出了高強支護和滯后錨索注漿加固的措施。

1 工程概況

同煤集團云岡礦5409巷位于12#層404盤區，工作面標高940～990m，地面標高1176～1251m，北部為2411巷，西部為12-2#層404皮帶巷、12#層404-2軌道巷、12#層504-2回風巷三條盤區巷，東部鄰近十里河床保護煤柱，南部區域尚未開拓。本工作面上覆2#、3#、7#、8#層均存在采空區，其中上覆8#層東部為8411采空區（2017年采完）。本工作面與上覆8#層間距約10.11m，與上覆7#層間距約41.24m，與上覆3#層間距約81.22m，與上覆2#層間距約110.57m。如圖1所示，12#層與上覆8#層間關系屬于近距離煤層，層間巖層性質主要以粉砂巖、砂質泥巖、泥巖為主。

圖1 近距離煤層示意圖

5409巷為12#層404盤區8409工作面軌道巷，該巷沿12#煤層頂板掘進，設計長度1259.9m。本區域地勢東高西低，巷道由西向東掘進，方位角90°，巷道設計斷面規格為寬×高=3.6m×2.8m。該區域煤層厚度在1.19～3.04m之間，平均約為2.15m，煤層傾角2°～24°，平均傾角13°。

5409軌道巷采用“錨桿、索、梁”聯合支護，如圖2所示。具體支護參數為：選用Ф18×1800mm的左旋無縱肋螺紋鋼錨桿支護頂幫，頂板錨桿間距900mm，排距1000mm，配合使用四孔鋼帶；煤幫錨桿間距900mm，每排3根，排距1500mm，鋪設菱形金屬網，規格為3700×2000mm，網與網間合理搭接，用14#鉛絲扭結呈“三花狀”綁扎牢固；選用Ф17.8×6000mm強力鋼絞線錨索配合長度為2800mm的11#工字鋼梁支護頂板，錨索間距1800mm，即每排2根，排距2000mm，預緊力不低于80kN，錨固力不低于270kN。

圖2 5409巷支護斷面圖

2 煤巷礦壓顯現特征

2.1 巷道破壞特征

5409材料巷所掘12#煤層與上覆8#煤層層間距僅為10.11m，該巷掘出后，巷道礦壓顯現明顯，圍巖變形、破壞明顯，巷道幫煤常見有破碎、脫落，頂板整體下沉明顯，局部嚴重處有部分頂板錨桿發生脫落，錨索發生拉斷的現象。如圖3所示。

2.2 巷道破壞監測

5409材料巷圍巖變形監測結果如圖4所示。在監測20d內，巷道頂底板移近量和兩幫收斂量均呈近線性增長趨勢，在監測20d后，頂底板移近量達到159mm，兩幫移近量達到177mm，且監測20d后均無下降或穩定趨勢，預計將仍分別以7.95m/d、8.85m/d的速率持續增長較長時間。

圖4 巷道圍巖變形監測曲線圖

2.3 巷道破壞原因

（1）上覆采空區影響。這是下部煤巷破壞的最主要因素，上覆8#煤層采空區直接導致5409回采巷道頂板完整性及穩定性大幅降低，當5409煤巷掘進時必然受到上方垮落體由于其承載能力不足而帶來的危害。

（2）支護強度的影響。5409巷盡管采用了錨網索聯合支護的方式，但巷道由于其所處的位置特殊及地質條件特殊，需采用更高強度的支護方式，而據巷道現有支護條件來看，錨桿索支護密度及金屬網支護范圍均較小。

（3）本煤層采動影響。5409巷作為未來回采工作面的回采巷道，當回采工作面推進時，該巷道將必然受到較大的采動影響。

3 煤巷圍巖控制技術

3.1 正常掘進支護優化

（1）頂板錨桿優化。采用高強Ф22×2200mm螺紋錨桿配五孔鋼帶，每排布置5根，間排距800mm×1000mm，即以巷道中心線布置1根，其余4根分別沿中心錨桿對稱布置，靠幫側錨桿向外傾斜15°布置，其余錨桿均垂直頂板布置。

（2）頂板錨索優化。采用“五花”布置，即“3-2-3”的方式布置頂板錨索，單排2根時間距900mm×2000mm，3根時間距1000mm×2000mm。

（3）金屬網優化。采用頂幫全范圍鋪設金屬網的方式協同支護，幫與頂板處金屬網搭接長度大于300mm。

3.2 遇構造掘進支護優化

如遇到斷層等構造時，巷道圍巖將變得更加破碎，巷道整體穩定性將受到直接影響。對此，在正常掘進支護條件的基礎上，對巷道破碎圍巖，尤其是頂板，采用滯后注漿加固的手段來提升圍巖強度及穩定性，滯后距離保證在距掘進面30m范圍內。注漿錨索裝置如圖5所示。

圖5 注漿錨索裝置示意圖

4 控制效果分析

5409巷道試驗段采用以上支護優化措施后，為驗證優化控制效果，在試驗段巷道設立監測站，以分析巷道圍巖變形情況、支護體受力情況及圍巖裂隙發育情況等特征。選取代表性數據分析曲線如圖6所示。

圖6 試驗段巷道圍巖變形監測曲線圖

由監測結果得知，試驗段巷道頂底板相對位移量及兩幫相對收斂量均在監測前期30d內呈上升趨勢，在30d左右時均可達到穩定。其中，頂底板相對位移量在30d后基本穩定在50mm以內，兩幫收斂量在30d后基本穩定在70mm以內，其最終變形量數值均較小，巷道保持穩定。與監測20d時的圍巖變形量對比，巷道頂底板移近量較原先（159mm）降低了68.6%，兩幫收斂量較原先（177mm）降低了60.5%，巷道圍巖控制效果明顯改善。

選取5409巷頂板破碎處進行注漿加固控制，對破碎帶頂板進行打孔窺視觀測，以評價漿液擴散效果和注漿控制效果，部分鉆孔窺視圖像如圖7所示。可見，0～2m以內頂板完整性較好，有輕微破碎或小縫裂隙；2.5m處，頂板有多條橫向和縱向裂隙，但經頂板注漿加固后，此處裂隙均得到有效抑制，漿液的擴散性較好，限制了裂隙的深度發育；3.5m以上，頂板破壞程度較小，完整性較高，漿液擴散效果明顯。同時，據漿液的擴散效果分析得知，在距錨索索體中心600m平面范圍內，均可見擴散漿液，這再次說明注漿效果良好，漿液對圍巖的控制效果較佳。

圖7 注漿效果鉆孔窺視圖

5 結論

（1）導致5409巷圍巖破壞因素主要為上覆8#層采空區影響、支護強度不足、回采采動影響；

（2）針對5409巷變形破壞特征，實施了高強支護和注漿加固措施，加大了錨桿、錨索布置密度，并在巷道遇構造特殊破碎時采取了錨索滯后注漿的加固方式；

（3）經現場動態監測，優化支護后，巷道于掘出30d后頂底板及兩幫基本可保持穩定，其中，頂底板相對收斂量基本穩定在50mm內，兩幫相對收斂量基本穩定在70mm內，變形數值均較小。