破碎頂板條件下的預(yù)掘回撤通道圍巖支護(hù)技術(shù)研究

李 波

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)朔州煤電公司，山西 懷仁 038300）

采用預(yù)掘回撤通道可在一定程度上提升綜采設(shè)備回撤效率，但是回撤通道會(huì)在采動(dòng)壓力作用下出現(xiàn)較大變形，如何控制回撤通道圍巖變形是預(yù)掘回撤通道現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)需重點(diǎn)解決的問(wèn)題[1-2]。眾多的科研學(xué)者對(duì)預(yù)掘回撤通道圍巖支護(hù)技術(shù)展開了研究，并提出錨網(wǎng)索、切頂卸壓、單體支護(hù)等多種支護(hù)方案，為預(yù)掘回撤通道頂板控制創(chuàng)造良好條件[3-5]。小峪礦32206 工作面擬采用預(yù)掘回撤通道方式，但存在頂板巖層圍巖控制困難等問(wèn)題。

1 工程概況

32206 工作面主采22 煤層，煤層埋深約400 m，厚度3.36 m，直接頂、直接底以泥巖、細(xì)粒砂巖以及砂質(zhì)泥巖等為主，具體頂?shù)装鍘r性如圖1。32206工作面設(shè)計(jì)推進(jìn)距離2690 m、斜長(zhǎng)279.6 m，采用ZY11000/25/50D 液壓支架，額定工作阻力、初撐力分別為11 000 kN、7912 kN。采面機(jī)頭以及機(jī)尾分別布置3 臺(tái)、4 臺(tái)型號(hào)為ZTY11000/25/50D 掩護(hù)式液壓支架，端頭布置2 架型號(hào)為ZYG11000/25/50D過(guò)渡支架。

圖1 頂?shù)装鍘r性

取32206 工作面頂板巖樣加工、測(cè)試以及分析，并采用XRF、XRD 測(cè)試巖體成分，其中發(fā)現(xiàn)圍巖中含有較高的黏土成分，見表1。

表1 巖樣主要礦物成分

由于22 煤層上覆存在有富水性中等的裂隙水含水層，采面開采后頂板有一定程度淋水，加之圍巖含有較高的黏土成分，為了掌握圍巖變形特征，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)巖樣進(jìn)行循環(huán)崩解測(cè)試。

巖樣經(jīng)過(guò)第1 次干濕循環(huán)后，整體變得更為粗糙且發(fā)育裂紋，巖樣部分脫落；巖樣經(jīng)過(guò)第2 次干濕循環(huán)后僅存在一塊體積較大的碎塊且在碎塊表層發(fā)育有網(wǎng)狀裂隙，其余均出現(xiàn)崩解。

為了提高采面綜采設(shè)備回撤效率，在采面距離停采線150 m 以外時(shí)預(yù)掘回撤通道，采掘掘進(jìn)至回撤通道位置即可實(shí)現(xiàn)綜采設(shè)備回撤。已有地質(zhì)資料顯示，提高22#煤層頂板泥巖強(qiáng)度及穩(wěn)定性、封堵潛在的導(dǎo)水裂隙是實(shí)現(xiàn)回撤通道圍巖控制的關(guān)鍵。

2 回撤通道圍巖支護(hù)

2.1 錨網(wǎng)索支護(hù)

在采面與停采線相距150 m 以上時(shí)，采用綜掘機(jī)掘進(jìn)回撤通道。掘進(jìn)回撤通道凈寬、凈高分別為5000 mm、3300 mm，采用錨網(wǎng)索支護(hù)方式，如圖2。在頂板北幫（煤柱幫）巷幫分別布置6 根、4 根螺紋鋼錨桿，規(guī)格為Ф20 mm×2400 mm；在南幫（采面幫）布置4 根玻璃鋼錨桿，采用規(guī)格為Ф20 mm×2400 mm，錨桿排距均為1600 mm；錨桿均采用2 支Z2350 樹脂錨固劑錨固。在頂板布置2 根Ф17.8 mm×6300 mm 錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，錨索排距1600 mm，預(yù)緊力在100 kN 以上。全斷面鋪設(shè)金屬網(wǎng)。

圖2 支護(hù)設(shè)計(jì)圖（mm）

2.2 注漿加固

回撤通道錨網(wǎng)索支護(hù)完成后，為降低淋水對(duì)圍巖影響，提升基本頂破碎泥巖強(qiáng)度及穩(wěn)定性，對(duì)回撤通道進(jìn)行全范圍注漿。注漿漿液選擇使用波雷因，A、B 組分按照1:1 配比組合。

在巷道頂板中部、距離巷幫1500 mm 位置垂直頂板布置3 個(gè)注漿孔，注漿孔按照2000 mm 排距布置。注漿孔孔深均設(shè)計(jì)為4000 mm，確保終孔位于穩(wěn)定的基本頂下部。注漿壓力3～4 MPa。通過(guò)注漿漿液在直接頂泥巖裂隙的擴(kuò)展，可提高巖層穩(wěn)定性并封堵潛在導(dǎo)水裂隙。

2.3 回撤通道補(bǔ)強(qiáng)加固

隨著采面與回撤通道間距不斷縮小，回撤通道受到采動(dòng)動(dòng)壓影響越來(lái)越明顯，為此，使用垛式液壓支架對(duì)回撤通道進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。

在采面與回撤通道相距50 m 時(shí)， 采用ZD10000/19/40 垛式液壓支架進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。支架沿著采面傾斜方向按照邁步式方式布置，架間距為3.0 m；沿著斷面方向垛式支架間距為0.6 m，其中垛式支架與采面幫、停采煤柱幫間距分別控制為0.5 m、0.6 m。在采面回撤通道與回采巷道交叉位置，布置垛式支架對(duì)圍巖進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，如圖3。

圖3 采面回撤通道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)示意圖

2.4 回撤通道頂板下沉量分析

根據(jù)采面礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果，在32206 工作面與回采通道相距12 m時(shí)采用等壓措施。待頂板充分冒落、支架頂梁上掛網(wǎng)結(jié)束后，采面快速推進(jìn)并與回撤通道貫通。通過(guò)采取讓壓措施可避免采面與回撤通道貫通時(shí)出現(xiàn)頂板集中來(lái)壓。

從回撤通道垛式液壓支架下降高度監(jiān)測(cè)結(jié)果看出，采面在與回撤通道貫通期間，頂板巖層下沉量累計(jì)為85 mm，未出現(xiàn)頂板冒落、煤壁片幫問(wèn)題。

3 采面末采采高控制

（1）在采面與回撤通道間距50 m 時(shí)，即對(duì)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行分析，并根據(jù)礦壓分析結(jié)果采取等壓、讓壓措施，避免與回撤通道交匯時(shí)出現(xiàn)周期來(lái)壓。

（2）在采面與回撤通道間距30 m 以上時(shí)，每回采推進(jìn)10 m 即對(duì)采面以及回撤通道高差進(jìn)行一次測(cè)量，并根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)采用抬、臥刀方式調(diào)整采高。

（3）在采面與回撤通道間距30 m 時(shí)，在回撤通道內(nèi)采用ZYWL-1900R 鉆機(jī)施工導(dǎo)向鉆孔，鉆孔開孔位于回撤通道底板上方1.6 m 位置，孔徑為113 mm，鉆孔深度20 m。在回撤通道內(nèi)間隔20 m布置一個(gè)導(dǎo)向鉆孔，共計(jì)布置13 個(gè)鉆孔，在鉆孔內(nèi)插入白色PVC 管用以指導(dǎo)采面采高控制。當(dāng)采面回采揭露鉆孔后，可根據(jù)揭露鉆孔情況對(duì)采高以及底板標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整。

（4）采面回采期間周期來(lái)壓、超前支承壓力會(huì)降低采面及回撤通道高度。為確保采面與回撤通道平穩(wěn)貫通，末采期間應(yīng)確保采高在3.3 m 以上。

4 結(jié)語(yǔ)

小峪礦在32206 工作面預(yù)掘回撤通道，實(shí)現(xiàn)提高綜采設(shè)備回撤效率、縮短綜采設(shè)備回撤耗時(shí)目的。通過(guò)注漿充填頂板裂隙并封堵淋水通道，使用ZD10000/19/40垛式液壓支架對(duì)巷道支護(hù)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，降低采動(dòng)影響等綜合措施，回撤通道頂板下沉量最大為85 mm，可滿足后續(xù)綜采設(shè)備回撤需要。