采動(dòng)影響巷道圍巖支護(hù)參數(shù)優(yōu)化的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

任建華

（山西新元煤炭有限責(zé)任公司，山西 壽陽(yáng) 045400）

引言

巷道是煤炭生產(chǎn)、運(yùn)輸以及通風(fēng)的通道，是確保煤炭正常開采的基礎(chǔ)[1-2]。井下掘進(jìn)的巷道中約有70%～80%受到采動(dòng)影響，從而使得巷道圍巖出現(xiàn)較大的變形，給煤炭正常生產(chǎn)帶來(lái)一定影響[3-4]。因此，眾多的研究學(xué)者對(duì)采動(dòng)影響巷道圍巖控制技術(shù)展開研究，并提出增加錨桿、錨索預(yù)緊力，注漿，加密錨桿、錨索布置等方式提高圍巖穩(wěn)定性，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得較為顯著的應(yīng)用成果[5-7]。文章以山西某礦21 采區(qū)運(yùn)輸巷為研究對(duì)象，針對(duì)采動(dòng)動(dòng)壓影響下圍巖變形量過(guò)大問題，通過(guò)改進(jìn)支護(hù)設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)取得了較為顯著的應(yīng)用成果。

1 工程概況

21 采區(qū)運(yùn)輸巷沿6 號(hào)煤，6 號(hào)煤厚3.8 m，頂?shù)装逡詭r性砂質(zhì)泥巖、粉砂以及泥巖為主。21 采區(qū)運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)斷面為半圓拱形，在巷道掘進(jìn)時(shí)圍巖涌出量較小，一般在0.5 m3/h 以內(nèi)。前期的物探資料顯示，21 采區(qū)運(yùn)輸巷掘進(jìn)期間會(huì)揭露4 條落差均在2.5 m 以內(nèi)的正斷層，受斷層影響巷道圍巖破碎。

21 采區(qū)運(yùn)輸巷凈寬、凈高分別為5.0 m、4.1 m，原采用金屬架棚（U36 金屬架棚）+噴漿支護(hù)方式，具體支護(hù)設(shè)計(jì)見圖1。由于受到臨近的21605 綜采工作面回采影響，導(dǎo)致巷道頂板支護(hù)用的金屬架棚破壞，部分支架互相嵌入；巷幫支護(hù)用的支架向巷道內(nèi)側(cè)彎曲；巷道底板出現(xiàn)底鼓，最大底鼓量達(dá)到1 205 mm。圍巖變形給采區(qū)運(yùn)輸巷的使用安全造成嚴(yán)重影響。

圖1 采區(qū)運(yùn)輸巷圍巖支護(hù)方案（單位：mm）

2 圍巖支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 圍巖支護(hù)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程

從圍巖變形特征以及位置關(guān)系得出，21 采區(qū)運(yùn)輸巷出現(xiàn)較大變形的主要原因是受到鄰近的21605綜采工作面采動(dòng)動(dòng)壓影響，同時(shí)圍巖巖性本身強(qiáng)度及承載能力不足等原因?qū)е隆Ｒ虼耍鶕?jù)采動(dòng)動(dòng)壓影響后的圍巖變形失穩(wěn)情況對(duì)巷道原支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，具體選用的支護(hù)優(yōu)化流程見圖2 所示。優(yōu)化設(shè)計(jì)的核心理念為通過(guò)注漿以及錨桿強(qiáng)化巷道圍巖自身強(qiáng)度及穩(wěn)定性，從而降低采動(dòng)動(dòng)壓影響。

圖2 支護(hù)參數(shù)優(yōu)化流程

2.2 支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

2.2.1 圍巖刷擴(kuò)并架設(shè)U 形棚

為了恢復(fù)巷道斷面并滿足后續(xù)使用需要，首先對(duì)巷道斷面進(jìn)行刷擴(kuò)，從而使得巷道寬、高分別達(dá)到5 700 mm、4 600 mm，刷擴(kuò)完成后采用U36 鋼架棚進(jìn)行圍巖支護(hù)。架設(shè)完成U36 架棚后，應(yīng)與巖面留有50 mm 以上的間隙，并將此厚度作為充填層厚度，并便于后續(xù)圍巖注漿加固。在架設(shè)的U36 鋼架棚周邊鋪設(shè)金屬網(wǎng)背板，從而改善架棚受力狀態(tài)。

架棚架設(shè)完畢后噴射厚度介于70～100 mm的混凝土層，混凝土層應(yīng)與掘進(jìn)迎頭間間距控制在5 m以內(nèi)，噴漿由從巷幫下端向上緩慢進(jìn)行。

2.2.2 淺孔注漿

注漿采用水泥漿，水灰質(zhì)量比0.85∶1～1∶1，注漿工滯后掘進(jìn)迎頭距離控制在8 m 以內(nèi)，淺孔注漿管長(zhǎng)1 200 mm，注漿壓力1.0 MPa。

具體注漿時(shí)采用的注漿壓力以及注漿量應(yīng)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，注漿管為Φ12.7 mm 鋼管，在管底部壓成扁形、壓扁后注漿管前、后端孔徑分別為8 mm、4 mm，從而便于注漿。注漿孔封孔長(zhǎng)度為300mm，斷均按照間排距1800 mm×1000 mm布置7個(gè)注漿孔，采用直徑42mm鉆頭施工，深度為1500 mm。

2.2.3 頂板錨網(wǎng)索支護(hù)

頂板用Φ22 mm×2 400 mm 錨桿、鋼筋網(wǎng)支護(hù)。錨桿施工采用氣動(dòng)鑿巖機(jī)施工，按照700 mm×1000 mm布置17 根錨桿，錨桿施工完成后施加的預(yù)緊力在80kN以上。金屬網(wǎng)采用礦井巷道支護(hù)常用的菱形金屬網(wǎng)。

2.2.4 巷道底板卸壓聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

由于21 采區(qū)運(yùn)輸巷最大底鼓量達(dá)到1 200 mm，為了確保巷道底板穩(wěn)定，提出采用鉆孔卸壓+錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)方式加固頂板巖層強(qiáng)度。底板支護(hù)時(shí)采用的錨索長(zhǎng)度為4 500 mm，每排布置5 根并按照1 500 mm 間距布置。具體的施工工藝為：清理巷道底板并進(jìn)行噴漿、淺孔注漿，完成后在巷道底板上按照設(shè)計(jì)要求施工卸壓鉆孔；錨索鉆孔32 mm、長(zhǎng)度為4 500 mm；在錨索鉆孔內(nèi)裝入Φ25 mm×4 500 mm 中空注漿錨索，進(jìn)行注漿后并給錨索施加100 kN 以上的預(yù)緊力。

2.2.5 巷幫及頂板深孔注漿

待巷幫及頂板錨桿施工完成后，再對(duì)圍巖噴射厚度50 mm 混凝土，避免錨桿、錨索頭出現(xiàn)銹蝕問題。待噴漿完成后，在巷道巷幫、頂板位置施工注漿鉆孔進(jìn)行深孔注漿，施工的注漿孔深度均為3 200 mm，按1 800 mm×1 600 mm 間排距布置6 個(gè)注漿孔，封孔長(zhǎng)度為1 600 mm。

2.2.6 巷幫及頂板錨索加固

在巷幫及頂板上共計(jì)布置7 根錨索，頂板、巷幫錨索規(guī)格為Φ21.8 mm ×6 300 mm、Φ21.8 mm×4 300 mm，錨索均按照1 000 mm 排距布置。錨索施工完成后施加100 kN 以上的預(yù)緊力。

3 支護(hù)效果分析

待對(duì)巷道支護(hù)設(shè)施支護(hù)優(yōu)化后，為考察圍巖支護(hù)效果，在21 采區(qū)運(yùn)輸巷內(nèi)布置測(cè)站對(duì)圍巖變形量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具體變形量監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖3 所示。

圖3 圍巖變形量

在圍巖變形監(jiān)測(cè)期間未獲取到底板底鼓量數(shù)據(jù)，支護(hù)完成后頂板最大下沉量為108 mm、巷幫最大變形量為223 mm，圍巖變形量整體較小，可滿足巷道使用安全。結(jié)果表明，采動(dòng)動(dòng)壓影響巷道采用以注漿+錨網(wǎng)索+底板補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)方案可有效控制圍巖變形。

4 結(jié)論

1）通過(guò)分析21 采區(qū)運(yùn)輸巷圍巖變形特征以及現(xiàn)場(chǎng)條件，分析巷道圍巖變形量過(guò)大的主要原因是巷道自身支護(hù)強(qiáng)度較低、圍巖承載能力不強(qiáng)以及采動(dòng)動(dòng)壓等因素疊加作用導(dǎo)致。

2）提出通過(guò)對(duì)巷道支護(hù)參數(shù)優(yōu)化方式來(lái)達(dá)到控制動(dòng)壓巷道圍巖變形的目的，具體為先對(duì)巷道斷面進(jìn)行刷擴(kuò)，并采用U 形架棚+圍巖注漿+底板加固（卸壓）+錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)方式控制圍巖變形，通過(guò)增加支護(hù)強(qiáng)度以及圍巖自身承載力來(lái)抵抗動(dòng)壓影響。

3）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，巷道未出現(xiàn)底鼓，巷幫及頂板下沉量分別控制在223 mm、108 mm 以內(nèi)，圍巖變形量較小，可滿足巷道安全使用的需要。