青洼煤業(yè)臨空巷道動壓影響下圍巖控制技術(shù)研究

王偉偉 郭健康

（晉城煤業(yè)集團晟泰能源投資有限公司，山西 晉城 048000）

青洼煤業(yè)位于臨汾市翼城縣西閆鎮(zhèn)十河村東，是晉城煤業(yè)集團晟泰能源投資有限公司的下屬資源整合礦井，產(chǎn)能60 萬t/a，開采2#、9#煤層。生產(chǎn)過程中因采掘銜接要求，需臨近未回采的工作面提前掘進巷道。在巷道準(zhǔn)備期間，受采動影響，動壓傳遞至掘進巷道，易造成掘進巷道圍巖失控，對該類圍巖進行加固時，傳統(tǒng)的支護方式難以奏效，給巷道加固帶來極大困難[1-2]。如何確保臨空巷道圍巖穩(wěn)定是礦井生產(chǎn)過程中面臨的現(xiàn)實問題，有必要提出有針對性圍巖控制措施。

1 工程條件

青洼煤業(yè)現(xiàn)主采煤層為2#煤層，煤層厚度一般在3.85～6.05 m，平均厚度4.66 m，采用走向長壁后退式、升降尾梁放頂煤、全部垮落法管理頂板的綜合機械化采煤方法。

2102 工作面為孤島工作面，西南側(cè)為已開采的2101工作面，西北側(cè)為開采完成的2103第一工作面，東北側(cè)為將要開采的2103 第二工作面，21021 巷為2102 面的進風(fēng)順槽，與2103 第二工作面相鄰。具體巷道位置關(guān)系如圖1 所示。

圖1 巷道位置關(guān)系平面圖

21021巷所處位置受褶曲、F3正斷層（H=20.0 m，∠25°）、F9 正斷層（H=6.0 m，∠30°）影響，底板起伏較大，且部分區(qū)域內(nèi)頂板破碎。該巷道所處區(qū)域內(nèi)水文地質(zhì)條件中等。具體頂?shù)装鍘r性及力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 巖性及力學(xué)參數(shù)

2 加固方案設(shè)計

根據(jù)21021 巷具體工程地質(zhì)條件及巷道原有支護參數(shù)，結(jié)合有關(guān)工程實踐[3-6]，確定采用水力壓裂+高強錨桿、錨索支護加固方案。

2.1 水力壓裂

（1）設(shè)計方案。水力壓裂是為了使懸空頂板及時冒落，切斷采空區(qū)頂板與留巷頂板間的應(yīng)力傳遞。沿21032 巷距煤柱幫1 m 頂板處施工一列鉆孔，鉆孔間距10 m，孔徑76 mm，孔深16.5 m，與巷道軸向垂直，與巷道水平夾角72°，施工范圍為整個巷道。具體見圖2 工作面鉆孔布置示意圖所示。

圖2 工作面鉆孔布置示意圖

（2）鉆孔間距。在巷道打孔初期以5 m 為間距打五個孔，觀察水力壓裂對頂板巖層壓裂情況，注水壓裂時在相鄰鉆孔出現(xiàn)頂板大量漏水情況，說明5 m 的間距小于水力壓裂影響區(qū)域。繼續(xù)擴大鉆孔間距，尋找合適的鉆孔間距，最終確定10 m 的鉆孔間距。

（3）水力壓裂工藝。鉆孔施工使用的是ZDY1250 型煤礦用全液壓坑道鉆機，直徑75 mm的鉆頭，直徑50 mm 的鉆桿。巷道鉆孔施工及壓裂施工由內(nèi)向外依次進行作業(yè)，先打鉆，壓裂施工滯后進行。

水力壓裂工藝過程：靜壓水清孔—鉆孔窺視，確定預(yù)裂縫位置—封孔、注水壓裂—卸壓—窺探儀觀察壓裂效果。

2.2 巷道加固施工

掘進21021 巷時，充分發(fā)揮圍巖-支護的共同作用，調(diào)動圍巖深處的自承能力，運用錨桿錨索的組合支護維護巷道的穩(wěn)定，滿足2102 工作面回采工作的需要。加固方案如下：

2.2.1 頂板支護

頂板支護采用錨桿、鋼筋托梁、網(wǎng)聯(lián)合支護，并進行頂部錨索補強。頂錨桿采用Φ20 mm、L=2.4 m 的無縱肋高強度螺紋鋼錨桿,頂錨桿排距0.8 m，間距0.9 m，每排5 根端頭角錨桿分別以頂板夾角75°打注，其余錨桿施工角度垂直頂板，搭配10#鉛絲編織的網(wǎng)格為50 mm×50 mm 的經(jīng)緯網(wǎng)，錨桿預(yù)緊力矩不小于300 N·m。錨索采用型號為SKP17.8-1/1860-7300 型礦用錨索，托盤為300 mm×300 mm×16 mm 的高強度托盤，錨索排距為1.6 m，間距為1.8 m，全部垂直頂板巖層打設(shè)，錨索預(yù)緊力矩不小于140 kN。具體頂板支護如圖3 所示。

圖3 頂板支護圖

2.2.2 兩幫加固

兩幫采用錨桿、鋼筋托梁、網(wǎng)聯(lián)合支護。幫錨桿采用Φ20 mm、L=2.2 m 的無縱肋高強度螺紋鋼錨桿，排距0.8 m，間距0.9 m，每排6 根（左右?guī)透? 根），幫部上下角錨桿以幫夾角75°打注，其余錨桿施工角度垂直巷幫，搭配10#鉛絲編織的網(wǎng)格為50 mm×50 mm 的經(jīng)緯網(wǎng)，錨桿預(yù)緊力矩不小于200 N·m。具體兩幫支護如圖4 所示。

圖4 兩幫支護圖

3 應(yīng)用效果

（1）對新掘21021 巷進行加固支護后，在2103 面回采期間對巷道表面巖層變形進行監(jiān)測，采用十字布點法安設(shè)表面位移監(jiān)測斷面，對監(jiān)測斷面進行了連續(xù)的觀測，各參數(shù)的變形曲線如圖5 所示。

圖5 圍巖變形監(jiān)測結(jié)果

從巷道變形位移監(jiān)測曲線可以看出：巷道表面位移中頂?shù)装逡平孔畲鬄?10 mm，兩幫移近量最大為290 mm。總體來說，巷道變形量不大，在控制范圍之內(nèi)，可滿足2102 面回采期間的運輸、行人、通風(fēng)等需求。

（2）避免了巷道二次起底、擴幫的工作量，節(jié)約了大量成本支出，縮短了回采工作面銜接接替時間，有利于礦井實現(xiàn)高產(chǎn)高效，提高了巷道支護狀況，穩(wěn)定的圍巖支護改善了工人作業(yè)環(huán)境的安全性。