深部動(dòng)壓15247S 回風(fēng)巷圍巖控制技術(shù)研究

劉 松 代衛(wèi)林

（冀中能源峰峰集團(tuán)邯鄲寶峰礦業(yè)有限公司九龍礦，河北 邯鄲 056000）

1 工程概況

冀中能源峰峰集團(tuán)九龍礦為突出礦井，井底大巷標(biāo)高為-600 m。采煤工作面巷道采用四巷布置，分別是進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷、底抽巷和高抽巷。15247S回風(fēng)巷與15245S 進(jìn)風(fēng)巷之間的凈煤柱寬10 m，利用原1501S 工作面（已回采結(jié)束）回風(fēng)運(yùn)料石門系統(tǒng)進(jìn)行掘進(jìn)。15247S 工作面巷道埋深在700～826 m之間，屬深部開(kāi)采工作面，具有埋深大、地質(zhì)構(gòu)造多、煤巖不連續(xù)面發(fā)育、瓦斯含量高、需要的巷道斷面大等特點(diǎn)，巷道支護(hù)困難。

2 號(hào)煤均厚6 m，基本頂為粉砂巖，均厚9.0 m，再往上為1 號(hào)煤、砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖，直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚3.9～5.9 m；直接底為砂質(zhì)泥巖，平均厚3.5 m，基本底為粉砂巖，厚6.0～8.0 m。

2 巷道圍巖破壞機(jī)理

2.1 類似巷道原支護(hù)方案

15247S回風(fēng)巷與15245S回風(fēng)巷處于同一層位，且15245 回風(fēng)巷在相鄰15445N 回采過(guò)程中掘進(jìn)，又要服務(wù)于15245S 回采工作面，地質(zhì)及生產(chǎn)條件與15247S 回風(fēng)巷類似。15245S 回風(fēng)巷頂板錨桿選用Ф20 mm×2400 mm 的螺紋鋼金屬錨桿，托盤為220 mm×140 mm×10 mm“碟形”托盤，錨固劑為MSCK23-60 型樹脂錨固劑一卷，錨固長(zhǎng)度600 mm，頂錨索選用Ф21.6 mm×6200 mm 和Ф21.6 mm×8200 mm 兩種規(guī)格，1860 級(jí)低松弛鋼絞線，托盤為220 mm×140 mm×16 mm“碟形”托盤，錨固劑為MSCK23-120 型樹脂錨固劑一卷，錨固長(zhǎng)度1200 mm。錨桿呈“三四三”布置，錨索呈“四三四”布置，即第一排鋼帶布置四根錨索三根錨桿；第二排鋼帶布置三根錨索四根錨桿；第三排同第一排，第四排同第二排依次進(jìn)行支護(hù)。“碟形”鋼帶規(guī)格4500 mm×220 mm×4 mm，頂部菱形網(wǎng)規(guī)格6300 mm×1000 mmn，10 號(hào)鐵絲編制，排距850 mm。

幫錨桿選用Ф18 mm×2500 mm 圓鋼錨桿，托盤為鋼帶配套的180 mm×140 mm×8 mm 鋼托盤，錨固劑為MSCK23-60 型樹脂錨固劑一卷，錨固段長(zhǎng)度600 mm，間距800 mm，排距850 mm。

幫錨索采用排列交叉支護(hù)，第一排在靠煤柱幫一側(cè)頂板向下300 mm（第一根）與190 mm（第三根）處各打一根Ф17.8 mm×4200 mm 的幫錨索，第二排在靠煤柱幫一側(cè)頂板向下1100 mm 與190 mm 處各打一根Ф17.8 mm×4200 mm 的幫錨索；第三排錨索布置同第一排，第四排同第二排，依次支護(hù)。錨固劑為MSCK23-120 型樹脂錨固劑一卷，錨固長(zhǎng)度1200 mm。幫部菱形網(wǎng)規(guī)格為3500 mm×1000 mm。另在巷道兩幫上部除正常使用托盤外，增設(shè)Ф10 mm×80 mm×2200 mm的鋼筋鋼帶加強(qiáng)支護(hù)。

2.2 圍巖破壞機(jī)理

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)勘，15245S 回風(fēng)巷在經(jīng)歷15445S 回采動(dòng)壓影響之后，巷道變形量大，兩幫移近量最大達(dá)到1.4 m，頂?shù)装鍘捉]合，頂板粉砂巖發(fā)生錯(cuò)動(dòng)、離層和下沉，頂板鋼帶發(fā)生彎折，巷道局部發(fā)生冒頂；巷道鼓包嚴(yán)重，底板泥巖層狀彎曲、縱向拉伸破斷底鼓，為典型的應(yīng)力型底鼓。頂板灰?guī)r節(jié)理裂隙發(fā)育，受動(dòng)壓影響后變成散塊狀，破碎后對(duì)錨索形成剪切。分析主要受三方面的因素影響：一是巷道圍巖地質(zhì)條件。頂板雖然有灰?guī)r，但灰?guī)r薄且?jiàn)A有方解石礦脈，大幅度降低了灰?guī)r的強(qiáng)度和整體性；煤體強(qiáng)度低，尤其是巷幫上部有1.5 m 厚的煤層極其松軟，掘巷時(shí)成型困難；另外構(gòu)造多，煤體節(jié)理裂隙發(fā)育。二是巷道工程賦存環(huán)境。九龍礦巷道埋深超過(guò)700 m，屬深部礦井，地應(yīng)力大。三是巷道施工因素。15247S 回風(fēng)巷是沿采空區(qū)邊緣掘進(jìn)的動(dòng)壓巷道，掘進(jìn)中將打破上區(qū)段采面剛形成的短暫平衡，動(dòng)壓對(duì)巷道影響巨大；臨近配風(fēng)巷采用爆破掘進(jìn)，劇烈震動(dòng)對(duì)15247S 回風(fēng)巷有二次動(dòng)壓影響；原支護(hù)頂板錨桿錨索布置在同排鋼帶上，由于錨桿錨索預(yù)應(yīng)力等級(jí)差別大，導(dǎo)致錨桿幾乎失去了支護(hù)作用；巷幫支護(hù)強(qiáng)度更低，整體支護(hù)協(xié)調(diào)性差。

3 深部動(dòng)壓巷道圍巖控制技術(shù)

3.1 支護(hù)參數(shù)選取模擬分析

為了確定15247S 回風(fēng)巷合理的支護(hù)方式及參數(shù)[1-3]，對(duì)掘進(jìn)期巷道頂板全錨索所產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了模擬分析。

（1）錨索預(yù)應(yīng)力形成的應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值分析

對(duì)預(yù)應(yīng)力分別為50 kN、100 kN、200 kN、250 kN 時(shí)錨索支護(hù)預(yù)應(yīng)力場(chǎng)分布情況進(jìn)行模擬。從模擬數(shù)據(jù)可知：隨著預(yù)應(yīng)力增加，錨索預(yù)應(yīng)力場(chǎng)的應(yīng)力值與有效壓應(yīng)力區(qū)范圍不斷增加。在高預(yù)應(yīng)力下，錨索預(yù)應(yīng)力場(chǎng)的應(yīng)力值大，形成的壓應(yīng)力區(qū)范圍廣，錨索的主動(dòng)支護(hù)作用得到充分發(fā)揮。

（2）錨索長(zhǎng)度對(duì)預(yù)應(yīng)力場(chǎng)的影響分析

對(duì)錨索長(zhǎng)度與預(yù)應(yīng)力場(chǎng)的影響情況進(jìn)行模擬，從模擬數(shù)據(jù)可知：① 預(yù)應(yīng)力一定時(shí)，短錨索主動(dòng)支護(hù)作用優(yōu)于長(zhǎng)錨索；② 錨索越長(zhǎng)，施加的預(yù)應(yīng)力應(yīng)越大；③ 提高錨索的預(yù)應(yīng)力可適當(dāng)減少錨索長(zhǎng)度；④ 根據(jù)錨索預(yù)應(yīng)力水平，確定錨索長(zhǎng)度在4～6 m 較合理。

3.2 支護(hù)參數(shù)的確定

依據(jù)深部礦井沿采空區(qū)邊緣掘進(jìn)巷道受強(qiáng)烈動(dòng)壓的圍巖控制技術(shù)特點(diǎn)，確定15247S 回風(fēng)巷高預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度錨索組合支護(hù)參數(shù)如下：

（1）頂板支護(hù)參數(shù)。錨索型號(hào)為SKP22-1/1860-5200，每排5 根錨索，距幫400 mm，間距1000 mm，排距1000 mm，全都垂直頂板巖層打設(shè)，預(yù)應(yīng)力加長(zhǎng)錨固，1 支MSK2335 和2 支MSZ2360樹脂藥卷錨固。鉆頭直徑30 mm，錨固長(zhǎng)度1970 mm。錨索托板采用300 mm×300 mm×16 mm 高強(qiáng)度可調(diào)心拱形托板及配套鎖具，托板承載能力不低于500 kN，托板高度不低于60 mm。網(wǎng)片采用菱形網(wǎng)護(hù)表，網(wǎng)片為網(wǎng)格30 mm×30 mm 的10 號(hào)鉛絲編織，規(guī)格為5.0 m×1.1 m。當(dāng)頂板有原始裂隙時(shí)，采用鋼筋網(wǎng)護(hù)頂，網(wǎng)孔規(guī)格100 mm×100 mm，采用6.5 mm 鋼筋編織焊接而成，規(guī)格2.6 m×1.1 m，每排兩片搭接，采用10 號(hào)鉛絲孔扎緊，錨索張拉預(yù)緊力損失后大于等于250 kN。

（2）兩幫支護(hù)參數(shù)。錨索型號(hào)為SKP17.8-1/1860-4200，每幫每排4 根錨索，距頂、底各500 mm，間距1000 mm，排距1000 mm，全都垂直兩幫巖層打設(shè)，預(yù)應(yīng)力加長(zhǎng)錨固，1 支MSK2335 和2 支MSZ2360 樹脂藥卷錨固。鉆頭直徑30 mm，錨固長(zhǎng)度1406 mm。錨索托板采用300 mm×300 mm×14 mm 高強(qiáng)度可調(diào)心拱形托板及配套鎖具，托板承載能力不低于350 kN，托板高度≥60 mm。網(wǎng)片采用菱形網(wǎng)護(hù)表，為網(wǎng)格30 mm×30 mm 的10號(hào)鉛絲編織，規(guī)格4.0 m×1.1 m，張拉預(yù)緊力損失后大于等于150 kN。

4 應(yīng)用效果

監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：15247S 回風(fēng)巷正常段兩幫移近量最大為217 mm，頂?shù)装逡平孔畲鬄?95 mm，巷道變形量不大；15247S 回風(fēng)巷構(gòu)造段巷道兩幫變形量也較小，在350 mm 以下，頂?shù)装逡平可源螅_(dá)到500 mm 以內(nèi)，底鼓嚴(yán)重，主要和巷道底板為泥巖有關(guān)。根據(jù)回采時(shí)通風(fēng)和設(shè)備的要求，巷道寬度不小于3500 mm 即可滿足使用，可見(jiàn)15247S 回風(fēng)巷在回采時(shí)只需拉底即可滿足15247S 工作面的回采使用，說(shuō)明強(qiáng)力全錨索支護(hù)系統(tǒng)完全能控制深部礦井應(yīng)力升高區(qū)動(dòng)壓巷道的變形。

5 結(jié)論

九龍礦深部動(dòng)壓巷道圍巖離層、滑動(dòng)、裂隙張開(kāi)、新裂紋在掘巷之前均已經(jīng)產(chǎn)生，要求支護(hù)系統(tǒng)要有更大的強(qiáng)度和剛度，全斷面全錨索支護(hù)克服了錨桿支護(hù)破斷力偏低、預(yù)緊力轉(zhuǎn)化效率低、預(yù)緊力不足的缺點(diǎn)。實(shí)踐應(yīng)用表明：高預(yù)應(yīng)力全錨索支護(hù)技術(shù)控制圍巖變形能力非常強(qiáng)，尤其對(duì)于深部動(dòng)壓巷道，有效控制了圍巖強(qiáng)烈變形，巷道兩幫收斂量控制在500 mm 以內(nèi)，頂板下沉量控制在200 mm以內(nèi)，支護(hù)效果良好。