原相煤礦松軟煤層巷道圍巖控制技術研究

張厚明

（太原華潤煤業有限公司，山西 古交 030200）

原相煤礦煤層埋藏深，頂底板巖性松軟，礦壓顯現明顯，巷道嚴重變形。注漿技術與理論經過多年的發展，廣泛應用于礦山，在巷道加固、改善巷道圍巖條件等方面具有很大的優勢[1-3]。本文以原相煤礦10208 外切眼為工程背景，結合對原有支護方式及巷道圍巖影響因素的分析，調整了10208 外切眼的支護方案，在錨網索聯合支護的基礎上進行注漿加固，通過工程實踐，技術經濟效益顯著。

1 工程概況

10208 綜采工作面位于礦井南翼一采區，主采2#煤層，煤層埋深為660～700 m，工作面范圍內煤層賦存穩定，煤層傾角0°～12°,平均6°，采高1.7～1.8 m，走向長530 m，傾斜長150 m，采用綜采工藝，全部垮落法管理頂板，采用沿空留巷工藝，一巷多用，無煤柱開采。工作面北部在2#煤層布置了與工作面順槽平行的10208 瓦斯治理巷，采用“兩進一回”通風方式，即軌道巷和皮帶巷進風、瓦斯治理巷回風。10208 外切眼連接瓦斯治理巷和工作面，用于回風，內外切眼之間的保護煤柱30 m。10208 外切眼沿2#煤層底板掘進，頂板為砂質泥巖，底板為泥質砂巖。兩幫煤體在高地應力和采動礦壓的影響下，煤體強度降低，屬于松軟煤層。外切眼設計長度184 m，設計斷面4000 mm（寬）×2600 mm（高）。10208 工作面布置圖如圖1，頂底板情況見表1。

表1 煤層頂底板情況表

圖1 10208 工作面布置示意圖

2 巷道圍巖破壞形式及影響因素分析

2.1 巷道失穩的主要形式

布置在煤層中的巷道一般為矩形巷道，沿頂板掘進，采用錨網索聯合支護。巷道的破壞形式主要有兩種（圖2）：兩幫松軟煤層發生內擠，對頂板支撐力降低，頂板破壞嚴重，導致整個巷道失穩；頂底板不穩定時，兩幫內擠，整個巷道發生變形失穩。

圖2 巷道失穩主要形式

2.2 巷道圍巖破壞主要影響因素

通過對10208 外切眼的地質條件、開采情況并結合原有支護巷道失穩形式等方面進行分析，造成巷道圍巖破壞的主要因素有以下幾方面：

（1）巷道圍巖性質。巷道布置在2#煤層中，頂底板為砂質泥巖，煤層及其頂底板巖石強度低，尤其巷道兩幫煤體松軟破碎，將導致頂板難以形成承載結構。頂底板為砂質泥巖，其節理和裂隙發育，在井下潮濕環境影響下，易風化侵蝕，為巷道圍巖大變形創造了物質基礎。

（2）上覆巖層壓力。隨著礦井開采深度的增加，地應力逐漸增大，巷道頂板所承受的上覆巖層壓力轉向了兩幫煤體和底板，當巷道圍巖應力大于巖石強度極限，且支護結構強度不夠，承受不住其載荷時，巷道將發生變形破壞。

（3）采動壓力。10208 外切眼與工作面切眼的距離為30 m，為10208 外切眼的保護煤柱，在高地應力和采動影響下，原本松軟、破碎，裂隙發育圍巖體在動壓作用下，巷道發生失穩而被破壞。

（4）支護方式與圍巖條件適應性差。巷道原有的支護方式采用錨網索聯合支護，由于巷道圍巖松軟破碎，錨桿形成的組合梁整體性差，錨桿難以充分發揮其作用，造成頂板整體下沉，難以控制巷道的穩定。

3 巷道圍巖控制技術

針對巷道圍巖的破壞形式和主要影響因素，提出了“淺孔低壓+深孔高壓”分層次耦合注漿加固與錨網索聯合支護的控制技術。通過這種“深-淺”耦合加固作用，使巷道淺部圍巖破碎區域形成一個整體，淺部巖體的抗破壞能力得到加強；在巷道圍巖深部形成具有一定厚度、完整的注漿加固圈，提高圍巖的整體性能，從而形成深部和淺部圍巖相互支撐、互為承載體的耦合加固巷道圍巖控制技術[4-5]。

3.1 錨網索聯合支護參數

10208 外切眼錨桿采用Ф20 mm×2200 mm 螺紋鋼錨桿，頂部每排5 根，間排距800 mm×800 mm；幫部每排3 根，間排距800 mm×800 mm。頂板錨桿每排鋪設3800 mm 的W 型鋼帶，鋼帶寬300 mm，厚3 mm，網片全部采用8#鍍鋅鐵絲菱形網。錨索均采用Ф17.8 mm×6000 mm 低松弛鋼絞線（錨索長度根據實際情況可調整），每排3 根錨索，間排距為1600 mm×800 mm。錨網索聯合支護方案如圖3。

圖3 錨網索聯合支護方案（mm）

3.2 注漿加固參數設計

3.2.1 注漿孔參數設計

注漿孔在巷道輪廓線上均勻布置，沿前進方向與巷道輪廓線垂直。施工注漿孔Ф42 mm，其中外切眼里段存在巷道變坡及斷面變化情況，視現場情況需要再局部調整。注漿平面圖如圖4。

圖4 注漿平面圖（mm）

每排布置10 個淺孔、10 個深孔，深孔淺孔交替布置，深孔長度4000 mm，淺孔長度2000 mm，孔徑Ф42 mm。布置方式情況說明如下：

淺孔：排距2000 mm，頂板每排布置淺孔4 個，孔間距1000 mm，靠近兩幫側鉆孔與巷道水平方向成75°夾角；兩幫每排各布置淺孔3 個，孔間距1000 mm，靠近頂底板兩個鉆孔與巷道垂直方向成75°夾角。

深孔：排距2000 mm（與淺孔排距1000 mm)，頂板每排布置深孔3 個，孔間距1800 mm，靠近兩幫側鉆孔角度與巷道水平方向成60°夾角；兩幫每排各布置深孔2 個，孔間距1000 mm，水平布置；底板每排布置深孔3 個，鉆孔間距如圖所示，鉆孔與巷道水平方向成45°夾角，兩側鉆孔再向幫部偏45°。

3.2.2 注漿材料配比設計

水灰比為0.35:1[水/（水泥+添加劑）]，水泥規格為P.O42.5 普通硅酸鹽水泥，粉狀ZKG 型高性能外加劑為水泥量的10%。

水 泥（P.O42.5）: 添 加 劑: 水（質 量 比）=1:0.1:0.385，現場施工可局部調整。需要根據攪拌桶的單次加料量和尺寸，換算一下水位高度。

4 應用效果

10208 外切眼注漿共施工鉆孔1187 個，注漿量110 t，添加劑使用13 t。圍巖變形觀測點采用“十字布點法”，每隔10 m 布置一組測點。圍巖移近量如圖5。

圖5 注漿后巷道圍巖移近量

對注漿圍巖情況進行分析，注漿前兩幫變形量在120～280 mm，頂底板變形量220～300 mm；注漿后兩幫變形量10～150 mm，頂底板變形量20～100 mm。注漿后圍巖控制效果明顯。

5 結論

（1）松軟煤層巷道失穩的主要形式為兩幫破壞引起的巷道失穩、頂底板不穩定時巷道失穩等兩種，失穩的主要影響因素為巷道圍巖性質、上覆巖層壓力、采動壓力、支護方式等。

（2）提出了錨網索聯合支護與“淺孔低壓+深孔高壓”分層次耦合注漿相結合的圍巖控制技術，確定了合理的支護參數及注漿參數。

（3）現場實測表明，10208 外切眼注漿后兩幫和頂底板移近量大幅度地減少，巷道圍巖控制效果良好。