汾源煤業公司5-102回風巷支護優化初探

（霍州煤電集團汾源煤業公司，山西 霍州 035100）

1 工程概況

汾源煤業公司5-102綜放工作面回采煤層整體為單斜構造，煤層起伏變化較小，煤層平均厚5.3m，傾角23°～27°，構造情況簡單，含有夾矸。煤層頂底板巖性見表1。5-102回風巷總設計長度780m，巷道斷面為矩形，凈高×凈寬=2.9 m×4.2m，原支護采取錨桿支護配合W型鋼帶連接，頂板采用Φ16 mm×2000 mm的螺紋鋼錨桿，錨桿間距設置為1000 mm，每排間隔1500 mm，無錨索；巷幫采用同種規格錨桿，相同間排距，每排布置3根。

掘進工作已經完成340m時，對巷道穩定后圍巖變形量進行初步測量，測得巷道頂板下沉量在300～400 mm左右，巷道整體產生較為嚴重的變形，底臌現象明顯，巷道兩幫移近量達到400 mm以上。為此，必須通過查找巷道圍巖變形量大的原因，采用新的支護方式，以確保回采時巷道可正常使用。

表1 頂底板巖性

2 巷道圍巖破壞分析

2.1 巷道頂板

當巷道掘進至340m時，原支護巷道頂板發生嚴重變形，破裂，頂板巖層鉆窺視見圖1。

圖1 巷道頂板巖層明顯裂隙

從圖中可以看出，煤層間有嚴重裂隙，甚至出現煤與煤，煤與巖層的分離現象，很可能造成頂板塌落。經分析，主要原因有：煤層上覆巖層較厚，但巖層巖性差異性較大，直接頂主要為泥巖，強度低；老頂巖層主要為砂巖，強度較高。圍巖在礦壓作用下，由于井下潮濕環境的影響，使得巖層不斷發生分化潮解，導致頂板巖層的原生縫隙變大，同時由于巷道掘進作業，掘進機的工作使得頂板錨桿與巖層之間縫隙變大，巖層不斷發生破裂，大量巖層碎片掉落；在原有支護下，頂板巖層與錨桿之間巖石會發生破碎[1]，使得錨桿與頂板之間產生縫隙，導致頂板錨桿錨固作用失效；另外，原方案沒有考慮該巷道現場實際巖性與環境的影響，錨桿的錨固力不足，也是造成頂板巖層出現離層冒頂的主要原因。

2.2 巷道底板

現場巷道底鼓嚴重，對生產運輸都造成了極大的影響，見圖2。

圖2 巷道底臌嚴重

造成底臌的重要原因是因為巷道直接底為泥巖，主要為高嶺石。在巷道掘進期間，底板巖層會由于礦井水等影響，發生軟化，體積膨脹，使得底板產生鼓起；同時在掘進機的影響下，底板巖層會加快破碎，產生大量的泥狀物，不斷堆積，也是造成底板鼓起的主要原因之一。

通過對5-102掘進巷道圍巖破壞情況分析，認為造成巷道變形的主要原因是頂板圍巖軟弱，受掘進影響，產生破裂形變；底板圍巖遇水膨脹，造成底板鼓起。基于上述原因，原支護方案需要進一步優化，才能使巷道滿足正常生產要求。

3 支護優化

3.1 加密錨桿

在工作面煤層內部含有一層以泥巖為主的夾矸，受通風及潮濕環境的影響，極易發生破裂，造成煤層內部出現離層，破碎。因此針對煤層的夾矸現象，新支護方案采用“高強度錨桿+錨索+兩幫底角錨桿+兩底板錨桿”。即在巷道頂板增加兩根錨索，加大對頂板巖層的錨固作用，錨索長度選取為8000 mm，使其可以貫通在煤層上部堅硬的巖層中，達到掘進巷的有效支護；錨桿選用規格為Φ16 mm×2000 mm的樹脂錨桿，間排距為1000 mm×800 mm，每排布置6根，施加30 kN 預緊力。同時在夾矸突出的局部區域添加木板并實施掛網，金屬網采用15 mm×15 mm的菱形金屬網，阻止煤層內夾矸出現大量擠出情況[3]，影響正常施工作業。

3.2 噴漿護巷

針對5號煤層的頂板質軟，受風化易潮解及吸水易膨脹等特點，決定對巷道表面進行噴漿處理，采用隨掘隨噴作業。

在進行噴漿作業前，需要先對預噴漿的巷道進行沖洗[4]，在噴漿時要遵循由外向里的噴漿順序，先對巷道兩幫進行噴漿，完成后再對巷道頂板進行噴漿工作。在噴漿拱基線以下要自上而下進行，在對頂板噴漿時，要自兩幫向頂板中間進行。噴漿工作人員需要時刻保持噴槍與所需噴漿面處于垂直，且距噴漿面最好保持在0.8～1.2m，確保噴漿面平整，無空洞或凸起。

噴漿所用噴料配比為水泥：其他配料=1：4，隨噴隨添加速凝劑，所摻速凝劑的質量按照噴料中水泥質量的3%進行添加，水泥選用常用的325#硅酸鹽水泥，砼標號為C15。在進行噴漿作業時，初次噴漿厚度為30 mm，待漿料凝固好后，再復噴70 mm，進行總厚為100 mm 噴漿加固。

噴漿機采用礦上現有的轉子—Ⅱ型，在進行噴漿作業時，調整風壓，保持在0.2～0.3MPa，水壓維持在0.3～0.4MPa；同時為防止噴漿時出現漿料造成的管路堵塞，需要在加料前，對噴料進行過篩，防止直徑過大的矸石進入到噴漿機內；在實際操作中，要根據現場情況，及時調整水量，壓風量，保證水灰比準確，確保噴出的漿料符合噴漿標準；在完成區段內的噴漿作業后，要加強對噴砼的養護，應定時對噴漿面進行灑水，前7天內，灑水次數應保持在每日兩次，之后每天需保養一次，確保噴漿后巷道保持濕潤狀態，養護期不得低于28天。

優化后的巷道支護方案見圖3。

圖3 掘進巷優化支護設計

4 效果分析

為檢驗圍巖控制效果，決定選擇100 m巷道進行實驗監測，監測數據見圖4。

圖4 優化后巷道圍巖變形量

由圖4可知，巷道兩幫在距離掘進面30m范圍內，移近量在迅速增加，達到49 mm，隨著遠離掘進面，移近量開始變緩，最后逐漸穩定在73 mm；頂底板移近量在距離掘進面40 m后開始變緩，最后逐漸穩定在51 mm；實驗段巷道圍巖穩定、支護良好。

綜上，采用支護優化方案后，巷道兩幫及頂底板的變形均控制在允許范圍內，能夠滿足巷道通風及行人的要求，雖然距掘進面較近處圍巖變形較快，但是后期基本穩定在允許范圍內，因此5-102掘進巷支護優化方案合理有效，能夠保證巷道正常安全使用。

5 結語

針對汾源煤礦5-102回風巷掘進施工過程，通過對頂板巖層窺視，分析圍巖破壞原因，提出改進支護方案。通過實踐驗證，得出如下結論：

1）5號煤層因頂板上覆巖層較厚、巖性差異較大；在掘進過程中巖層間的縫隙逐漸增大，導致原支護錨桿與頂板巖層間的巖石出現破碎掉落、錨桿失效或錨固力不足，極易造成頂板冒落。

2）由于巷道底板為軟巖，在掘進過程中受礦井水等影響，軟化吸水膨脹，底板鼓起；另外，在掘進機的擾動下，底板極易發生破裂，造成底板隆起。

3）通過對巷道圍巖破壞分析，決定對100 m實驗段巷道進行表面噴漿、增加支護密度等優化措施；跟蹤監測表明，巷道頂底板移近量和兩幫移近量在最終分別穩定在51 mm和73 mm左右，支護效果良好，完全可以滿足礦井生產使用的需要。