石港煤業(yè)15107 進(jìn)風(fēng)巷加固技術(shù)應(yīng)用研究

孫福軍

（山西石港煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 左權(quán) 032600）

1 工程概況

陽(yáng)煤集團(tuán)石港煤業(yè)有限公司所屬的15107 工作面平均埋深280m，工作面東部為未采掘的15109工作面，西部為回采的15105 工作面，北部為一采區(qū)回風(fēng)巷，南部為劉家莊村保護(hù)煤柱，工作面之間區(qū)段煤柱寬度為30m。15107 工作面掘進(jìn)巷道煤層底板總體為單斜構(gòu)造，局部地段發(fā)育有次一級(jí)的向、背斜構(gòu)造。工作面回采巷道頂?shù)装逶敿?xì)情況如表1 所示。15107 工作面煤層厚度6.8～7.63m，均厚7.2m，煤層傾角最大10°，最小5°，平均傾角7°。15105 工作面回采初期，臨近的15107 進(jìn)風(fēng)巷圍巖出現(xiàn)明顯的變形失穩(wěn)現(xiàn)象，若不采取適當(dāng)?shù)闹卫泶胧瑢o(wú)法滿足15107 工作面正常生產(chǎn)的要求，據(jù)此展開(kāi)了相關(guān)的研究。

表1 頂?shù)装鍘r性特征表

2 15107 運(yùn)輸巷變形特征分析

2.1 原有支護(hù)方式

15105 進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)時(shí)采用“錨網(wǎng)梁”聯(lián)合支護(hù)。頂板錨桿間通過(guò)直徑16mm 圓鋼焊制的鋼筋梯子梁聯(lián)結(jié)，材質(zhì)為MSGLW-400 型左旋無(wú)縱筋螺紋鋼，直徑為20mm，長(zhǎng)度為1600mm，間距為1000mm，排距為1000mm。其中靠近巷道肩窩處錨桿以75°外扎角進(jìn)行安裝，每根錨桿采用兩支樹(shù)脂錨固劑，規(guī)格為K2335 和Z2360。頂錨索使用Φ17.8×5400mm 的鋼絞線配Φ23×1200mm 的樹(shù)脂藥卷，并配200×125×12mm 的方形托盤(pán)。錨索每排1 根，排距2000mm。兩幫錨桿規(guī)格與頂板錨桿相同，使用規(guī)格為 90×100×6mm 的拱形托盤(pán)，錨桿采用“二二”布置方式，所有錨桿垂直巷幫施工，每根錨桿采用兩支K2335 型樹(shù)脂錨固劑，錨桿間通過(guò)鋼筋梯子梁聯(lián)結(jié)，錨桿間排距為1000×1000mm，最下部的錨桿距離底板600mm。頂板金屬網(wǎng)使用1.0m×3.9m 的經(jīng)緯網(wǎng)，頂網(wǎng)長(zhǎng)邊垂直于巷道前進(jìn)方向鋪設(shè)，長(zhǎng)邊與長(zhǎng)邊搭接，短邊與幫網(wǎng)搭接，幫網(wǎng)長(zhǎng)邊平行于巷道前進(jìn)方向，搭接長(zhǎng)度不小于100mm，每隔200mm 聯(lián)網(wǎng)一道，聯(lián)網(wǎng)時(shí)將14#鉛絲對(duì)折成雙股。

2.2 15107 進(jìn)風(fēng)巷破壞現(xiàn)狀

15107 進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)期間圍巖穩(wěn)定性良好，無(wú)明顯的位移破壞現(xiàn)象，而臨近的15105 工作面回采初期，15107 進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)多處出現(xiàn)片幫、底鼓等現(xiàn)象，巷道整體變形嚴(yán)重。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地觀測(cè)可將整條巷道圍巖破壞情況劃分為三個(gè)階段：（1）采動(dòng)影響前。距離15105 采煤工作面較遠(yuǎn)的區(qū)域，基本不受工作面采動(dòng)的影響，巷道圍巖穩(wěn)定，變形量很小，原有支護(hù)基本能夠維持巷道的穩(wěn)定。（2）采動(dòng)影響中。此段巷道距離正在回采的15105 工作面較近，與工作面的直線距離最短，受到采動(dòng)影響最為劇烈，圍巖開(kāi)始出現(xiàn)較大的碎脹變形，但整體而言巷道圍巖破壞程度較輕。（3）采動(dòng)影響后。該巷段位于15105 工作面后方，采動(dòng)影響后巷道圍巖的穩(wěn)定性大大下降，巷道表面持續(xù)變形，頂板冒落嚴(yán)重，嚴(yán)重威脅煤礦的安全生產(chǎn)。

為更加具體地了解15107 進(jìn)風(fēng)巷巷道變形破壞的特征，對(duì)15105 工作面前方的15107 巷段內(nèi)進(jìn)行圍巖位移量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，得到結(jié)果如圖1 所示。在距鄰近回采工作面較遠(yuǎn)處（100m 以外），巷道圍巖的變形量較小，兩幫移近量維持在200mm 以下，頂?shù)装逑鄬?duì)移近量在500mm 左右；與工作面距離在100m 以內(nèi)時(shí)，巷道的變形量開(kāi)始迅速增大，兩幫移近量和頂?shù)滓平糠謩e達(dá)到580mm 和790mm；在工作面推過(guò)該區(qū)域后，巷道圍巖的變形并沒(méi)有停止，圍巖變形量持續(xù)增大。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)考察情況總結(jié)可得15107 進(jìn)風(fēng)巷圍巖變形特征為：（1）巖體變形快且變形量大。在臨近工作面采動(dòng)影響下，兩幫變形速度最大可達(dá)25mm/d，頂?shù)装逑鄬?duì)移近速率可達(dá)40mm/d，巷道圍巖變形迅速變化劇烈。（2）巷道變形受采動(dòng)影響劇烈。巷道變形速度與臨近工作面的距離密切相關(guān)，距離臨近工作面越近，變形速度越大。

圖 1 與鄰近回采工作面不同距離處圍巖變形量

3 巷道破壞機(jī)理及加固技術(shù)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)礦壓觀測(cè)結(jié)果，對(duì)15107 進(jìn)風(fēng)巷原有支護(hù)方案分析可知，巷道圍巖失穩(wěn)破壞主要因素包括：（1）動(dòng)壓影響劇烈[1-2]。無(wú)動(dòng)壓影響下巷道圍巖穩(wěn)定，臨近15105 工作面的回采導(dǎo)致巷道圍巖逐漸失穩(wěn)破壞，且在采動(dòng)影響后圍巖持續(xù)破壞。（2）支護(hù)強(qiáng)度嚴(yán)重不足。頂?shù)装逑鄬?duì)移近量在距回采工作面300m 時(shí)即開(kāi)始明顯增大，頂板支護(hù)強(qiáng)度明顯不足，頂板下沉必然導(dǎo)致兩幫受力狀態(tài)惡化，最終導(dǎo)致圍巖整體失穩(wěn)破壞。

為確保15107 進(jìn)風(fēng)巷圍巖的穩(wěn)定，設(shè)計(jì)在原有支護(hù)的基礎(chǔ)上對(duì)整條巷道進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，采用“強(qiáng)幫強(qiáng)頂”的加固理念[3-4]，具體補(bǔ)強(qiáng)方式為：在原有頂板錨索兩側(cè)各補(bǔ)打一根規(guī)格為Φ17.8×5400mm的鋼絞線錨索，錨索間距為1000mm，垂直頂板施工，錨固方式為高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨固，采用一支K2335和兩支Z2360 樹(shù)脂藥卷，錨固長(zhǎng)度1550m。幫部補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)在原有錨桿支護(hù)的基礎(chǔ)上，在原有支護(hù)錨桿排與排之間增加兩根錨桿或者增加一根錨桿和一根錨索，增加的兩根錨桿間距為800mm，下部的錨桿距離底板300mm，錨桿規(guī)格和錨桿方式與原有支護(hù)相同，增加一根錨桿和一根錨索時(shí)，錨桿與錨索間距同樣為800mm，錨索規(guī)格和錨索方式與頂板補(bǔ)強(qiáng)錨索相同。15107 進(jìn)風(fēng)巷補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)詳情如圖2 所示。

圖 2 15107 進(jìn)風(fēng)巷支護(hù)系統(tǒng)布置圖

4 應(yīng)用效果

為有效控制15107 進(jìn)風(fēng)巷圍巖的過(guò)度變形，采用上述方案對(duì)整條巷道進(jìn)行加固，在15107 進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)布置圍巖變形監(jiān)測(cè)站，臨近15105 工作面回采影響下巷道圍巖位移情況如圖3 所示。由圖 3（a）可得，測(cè)點(diǎn)與臨近工作面距離小于80m 時(shí)，巷道圍巖的位移開(kāi)始明顯增大。當(dāng)15105 工作面與測(cè)點(diǎn)平行時(shí)，頂板下沉量達(dá)到最大為198mm，底板底鼓量為32mm，煤柱幫變形量為54mm，實(shí)體煤幫變形量為42mm，頂?shù)装逑鄬?duì)移近量最大為230mm，相比加固前（790mm）減小了70.9%，兩幫移近量最大為96mm，相對(duì)于加固前（580mm）減小了83.4%。由此可知，加固后的15107 進(jìn)風(fēng)巷在臨近工作面采動(dòng)影響階段圍巖位移量顯著減小。由圖3（b）可得，臨近工作面推過(guò)測(cè)點(diǎn)后，巷道圍巖的位移仍在持續(xù)。工作面推過(guò)約70m 后，圍巖的位移量趨于穩(wěn)定，頂板下沉量維持在600mm 以下，底板底鼓量約為105mm，煤柱幫變形量約為240mm，實(shí)體煤幫變形量約為130mm，相較于加固前巷道的變形量明顯減小，且經(jīng)過(guò)采動(dòng)影響后圍巖仍能最終穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的修復(fù)即可滿足服務(wù)于15107 工作面的斷面要求。

圖 3 臨近工作面采動(dòng)影響下圍巖變形曲線

5 結(jié)論

15107 進(jìn)風(fēng)巷成巷后圍巖出現(xiàn)了明顯的失穩(wěn)破壞現(xiàn)象，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查、礦壓監(jiān)測(cè)等方法研究，發(fā)現(xiàn)距15105 工作面較遠(yuǎn)的巷段內(nèi)，圍巖位移很小，距15105 工作面較近的區(qū)域巷道圍巖位移速度快，圍巖變形量較大，15105 工作面后方的巷段內(nèi)，圍巖持續(xù)變形，巷道失穩(wěn)破壞嚴(yán)重。設(shè)計(jì)對(duì)15107 進(jìn)風(fēng)巷整體進(jìn)行加固，圍巖位移監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，巷道頂?shù)装逡平繙p小了70.9%，兩幫相對(duì)移近量減小了83.4%，且工作面后方圍巖逐漸趨于穩(wěn)定。